FASTRADเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการคำนวณ ผลกระทบ ของรังสี (ปริมาณรังสีและความเสียหายจากการเคลื่อนที่) ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์^{[ 1 ]}ซอฟต์แวร์นี้มีประโยชน์ในฟิสิกส์ พลังงานสูง และการทดลองนิวเคลียร์ ด้านการแพทย์ และ การศึกษา ฟิสิกส์เครื่องเร่งอนุภาคและอวกาศแม้ว่าจะใช้เป็นหลักในการออกแบบดาวเทียมก็ตาม

FASTRAD เป็นเครื่องมือรังสีที่ออกแบบมาเพื่อการวิเคราะห์และออกแบบระบบที่ไวต่อรังสี โครงการนี้ถูกสร้างขึ้นในปี 1999 ห้าปีหลังจากที่บริษัทแม่ของผลิตภัณฑ์ TRAD ก่อตั้งขึ้น^{[ 2 ]}และได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

เมื่อเวลาผ่านไปความทนทานต่อรังสีที่ผู้ผลิตดาวเทียมสามารถนำเสนอได้นั้นเพิ่มขึ้นอย่างมาก ทั้งการปรับปรุงระบบอวกาศในแง่ของอัตราส่วนกำลังต่อมวลหรือการย่อขนาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ล้วนส่งผลให้ระบบเหล่านั้นมีความไวต่อสภาพแวดล้อมรังสีในอวกาศมากขึ้น เพื่อลดผลกระทบต่อกระบวนการความทนทานต่อรังสี วิธีแก้ปัญหาแรกคือการแทนที่การวิเคราะห์การป้องกันแบบคร่าวๆ ด้วยการประมาณค่าที่แม่นยำของข้อจำกัดด้านรังสีที่แท้จริงของระบบ ในอดีตที่ผ่านมา FASTRAD สามารถให้ความช่วยเหลือแก่อุตสาหกรรมนี้ได้

เป้าหมายหลักของซอฟต์แวร์นี้คือการลดค่าความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากแนวทางการประเมินการวิเคราะห์รังสีแบบอนุรักษ์นิยม ในขณะเดียวกันก็ลดระยะเวลาในการเปลี่ยนแปลงการออกแบบทางกลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันรังสี ในบางกรณี ซอฟต์แวร์นี้สามารถใช้เพื่อพิสูจน์การใช้ชิ้นส่วนที่ไม่ทนต่อรังสี และประหยัดค่าใช้จ่ายและเวลาในการวางแผนสำหรับอุปกรณ์ในโครงการอวกาศได้

สำหรับงานด้านอวกาศ ซอฟต์แวร์นี้สามารถจำลองระบบดาวเทียมทั้งหมดได้

ความสามารถหลักด้าน CAD ของเครื่องมือนี้ ได้แก่:

• การสร้างรูปทรงพื้นฐานง่ายๆ หลายรูป
• การแทรกรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติที่ซับซ้อนซึ่งมาจากไฟล์รูปแบบSTEPหรือIGES
• ชุดเครื่องมือสร้างแบบจำลองมาตรฐาน ( ระนาบตัด , การฉายภาพ 2 มิติ, เครื่องมือวัด, สี, ภาพมุมมอง,...) ^{[ 3 ]}

หัวใจหลักของซอฟต์แวร์คือโปรแกรมสร้างแบบจำลอง 3 มิติด้วยรังสี เป้าหมายของโปรแกรมคือการสร้างแบบจำลองที่สมจริงของชิ้นส่วนทางกลใดๆ ส่วนหลักของอินเทอร์เฟซคือหน้าต่างแสดงผล ซึ่งผู้ใช้สามารถปรับแต่งแบบจำลองของตนได้

สามารถกำหนดรูปทรง 3 มิติได้โดยใช้แถบเครื่องมือส่วนประกอบ หรือนำเข้าจากซอฟต์แวร์อื่น ๆ ( CATIA , Pro/Engineer ...) ด้วยรูปแบบ STEP หรือ IGES มาตรฐาน ไลบรารี Open Cascadeที่รวมอยู่ใน FASTRAD มีความสามารถในการแสดงภาพขั้นสูง เช่น การตัด การจัดการรูปทรงที่ซับซ้อน และโมดูลการแลกเปลี่ยนรูปแบบ STEP และ IGES โมดูล STEP ขั้นสูงช่วยให้คุณสามารถนำเข้าข้อมูลลำดับชั้น ชื่อ และสีได้ จากนั้น FASTRAD จะจัดการแบบจำลอง 3 มิติทั้งหมด (การแสดงภาพ การคำนวณรังสี การประมวลผลภายหลัง)

คุณสมบัติของวัสดุเป็นส่วนสำคัญที่สุดส่วนหนึ่งของการจำลองการแผ่รังสี อินเทอร์เฟซช่วยให้คุณสามารถกำหนดคุณสมบัติของวัสดุของของแข็งแต่ละชิ้นในแบบจำลอง 3 มิติ เช่น ความหนาแน่นและอัตราส่วนมวลของแต่ละองค์ประกอบของวัสดุ (สารประกอบ) โดยการกำหนดองค์ประกอบทางเคมี (ดูรูปที่ 1) ผู้ใช้สามารถขยายรายการวัสดุที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้^{[ 3 ]}

สามารถวางเครื่องตรวจจับรังสีจำลองบนแบบจำลอง 3 มิติได้ ด้วยวิธีนี้ ผลกระทบของรังสีสามารถประเมินได้ ณ จุดใดๆ ของแบบจำลอง 3 มิติโดยใช้อัลกอริทึม Monte Carloสำหรับการคำนวณการสะสมพลังงานอย่างละเอียดโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคกับสสาร (ดู “การคำนวณปริมาณรังสีและการป้องกัน” ด้านล่าง) หรือสำหรับวิธีการติดตามรังสี^{[ 3 ]}

อินเทอร์เฟซนี้มีฟีเจอร์เพิ่มเติมอีกหลายอย่าง (เช่น การแสดงเฟรมในพื้นที่ การวัดแบบโต้ตอบ เมนูบริบท เป็นต้น)

เมื่อสร้างแบบจำลองการแผ่รังสีเสร็จแล้ว ผู้ใช้สามารถทำการประมาณปริมาณรังสีที่สะสมโดยใช้โมดูลการวิเคราะห์ภาคส่วนของซอฟต์แวร์ โมดูลการติดตามรังสีนี้จะรวมข้อมูลที่ได้จากแบบจำลองการแผ่รังสีเข้ากับข้อมูลของสภาพแวดล้อมการแผ่รังสีโดยใช้เส้นโค้งปริมาณรังสีตามความลึก เส้นโค้งปริมาณรังสีตามความลึกนี้จะแสดงปริมาณรังสีที่สะสมในวัสดุเป้าหมาย (ส่วนใหญ่เป็นซิลิคอนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์) ที่อยู่ด้านหลังแผ่นป้องกันทรงกลมอะลูมิเนียมที่มีความหนา การคำนวณนี้จะดำเนินการสำหรับเครื่องตรวจจับ แต่ละตัว ที่วางอยู่ในแบบจำลอง 3 มิติ แม้แต่สำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน การคำนวณก็ยังให้ข้อมูลสองประเภท:

• การกระจายมวลแบบ 3 มิติรอบๆเครื่องตรวจ จับแต่ละตัว
• ปริมาณรังสีสะสมโดยประมาณในสภาพแวดล้อมการแผ่รังสีแบบไอโซโทรปิก

FASTRAD ใช้การประมวลผลเพิ่มเติมของผลลัพธ์เหล่านั้นเพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งการป้องกันที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้รูปแบบการแสดงผลหลายประเภท รูปที่ 2 แสดงแผนที่การกระจายมวลที่มองเห็นได้จากส่วนประกอบหนึ่งของแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ บริเวณสีแดงแสดงทิศทางที่สำคัญในแง่ของความหนาของการป้องกัน

ผู้ใช้สามารถปรับขนาดของวัสดุป้องกันเพิ่มเติมที่สามารถใช้เพื่อลดปริมาณรังสีที่เครื่องตรวจ จับได้รับ ได้

ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการนี้คือ ระยะเวลาที่ใช้ในการดำเนินการสั้น และวิธีการป้องกันทางกลที่ชัดเจนซึ่งได้จากการประมวลผลภายหลังการวิเคราะห์ภาคส่วน

การคำนวณปริมาณรังสีในซอฟต์แวร์ใช้โมดูล Monte Carlo ^{[ 3 ]} (พัฒนาผ่านความร่วมมือกับCNES ) อัลกอริทึมนี้สามารถใช้ได้ทั้งในกระบวนการไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ ในกรณีแรก ซอฟต์แวร์จะจัดการการขนส่งอิเล็กตรอนและโฟตอน (รวมถึงอนุภาคทุติยภูมิ) จาก 1 keV ถึง 10 MeV ในแบบจำลอง 3 มิติ โดยคำนึงถึงการสร้างโฟตอนและอิเล็กตรอนทุติยภูมิ สามารถกำหนด สเปกตรัมพลังงานและรูปทรงเรขาคณิตของแหล่งกำเนิดได้ทุกประเภท ผู้ใช้จะเลือกปริมาตรที่ไวต่อรังสี (SV) และ FASTRAD จะคำนวณพลังงานที่สะสมอยู่ภายใน SV โมดูล Monte Carlo แบบย้อนกลับนั้นใช้สำหรับการคำนวณปริมาณรังสีเนื่องจากการฉายรังสีอิเล็กตรอนแบบไอโซโทรปิกในรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและหลายระดับ และเป็นผลให้ขั้นตอนวิธีไปข้างหน้าอาจนำไปสู่เวลาในการคำนวณที่ยาวนาน หลักการของวิธีการย้อนกลับคือการใช้:

1. วิธีการติดตามอนุภาคแบบไปข้างหน้าในบริเวณใกล้เคียงกับ SV
2. วิธีการติดตามอนุภาคแบบย้อนกลับจากยานสำรวจอวกาศไปยังแหล่งกำเนิดภายนอก

วิธีการ Reverse Monte Carlo สำหรับการขนส่งอิเล็กตรอนจะคำนึงถึงการสะสมพลังงานเนื่องจากอิเล็กตรอนปฐมภูมิและโฟตอนทุติยภูมิ

โมดูล Monte Carlo ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องเรียบร้อยแล้ว โดยเปรียบเทียบกับ ผลลัพธ์ของ GEANT4สำหรับอัลกอริทึมแบบส่งต่อ และกับ US Format สำหรับวิธีการแบบย้อนกลับ ตัวอย่างหนึ่งคือกรณีของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในโครงสร้างดาวเทียม สภาพแวดล้อมการแผ่รังสีสอดคล้องกับสเปกตรัมพลังงานอิเล็กตรอนของภารกิจดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (ตั้งแต่ 10 keV ถึง 5 MeV)

Geant4เป็นชุดเครื่องมือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและสสารที่ได้รับการดูแลโดยความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรซอฟต์แวร์ทั่วโลก^{[ 4 ]} ไลบรารี C++ นี้ประกอบด้วยข้อมูลและแบบจำลองภาคตัดขวางปฏิสัมพันธ์ที่หลากหลาย พร้อมด้วยกลไกการติดตามอนุภาคผ่านเรขาคณิต 3 มิติ

อิน เทอร์เฟซ Geant4ที่ใช้งานในซอฟต์แวร์ FASTRAD เป็นเครื่องมือที่สามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติ กำหนดแหล่งกำเนิดอนุภาค ตั้งค่ารายการฟิสิกส์ และสร้างไฟล์ต้นฉบับทั้งหมดในรูปแบบโปรเจ็ กต์ Geant4 ที่พร้อมสำหรับการคอมไพ ล์ เครื่องมือนี้มีประโยชน์สำหรับวิศวกรหนุ่มสาวที่ต้องการเรียนรู้ โลก ของ Geant4และสามารถใช้ FASTRAD เป็นเครื่องมือสอน หรือสำหรับผู้เชี่ยวชาญที่ไม่ต้องการเสียเวลาในการสร้าง ไฟล์ C++ที่อธิบายรูปทรงเรขาคณิต วัสดุ และฟิสิกส์พื้นฐาน และสามารถใช้ โปรเจ็กต์ Geant4ที่สร้างโดย FASTRAD เป็นฐานที่สามารถปรับปรุงเพิ่มเติมด้วยคุณสมบัติเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานทางฟิสิกส์ของตน อินเทอร์เฟซ Geant4ทำให้ซอฟต์แวร์นี้มีประโยชน์ในหลากหลายสาขาที่เกี่ยวข้องกับรังสี เนื่องจากGeant4ถูกนำไปใช้แล้วในด้านอวกาศ การแพทย์ นิวเคลียร์ การบิน และการทหาร ความสามารถด้าน CAD เกี่ยวกับรังสีช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการทางวิศวกรรมสำหรับการวิเคราะห์ระบบที่ไวต่อรังสีใดๆ

FASTRAD ถูกพัฒนาขึ้นโดยใช้ภาษา C++ร่วมกับOpenGLเพื่อจัดการข้อมูล 3 มิติ และ ใช้ไลบรารี Open Cascadeสำหรับการนำเข้าไฟล์ STEP และการดำเนินการทางตรรกะแบบบูลีน โดยได้ทำการทดสอบบนระบบ Mac และ LINUX โดยใช้โปรแกรมจำลองระบบปฏิบัติการ (PowerPC, VMware ...)

ความต้องการของคอมพิวเตอร์: การกำหนดค่า: Windows Vista/XP/NT/2000 - RAM 512 MB - ฮาร์ดดิสก์ 50 MB

• มือใหม่ (EMPC) ( [1] )
• Geant4 - เรขาคณิตและการติดตาม
• IGES - ข้อกำหนดการแลกเปลี่ยนกราฟิกเบื้องต้น
• CATIA - โปรแกรมช่วยออกแบบสามมิติแบบโต้ตอบด้วยคอมพิวเตอร์
• ล็อคอัพ
• RayXpert - ซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง 3 มิติ ที่คำนวณอัตราปริมาณรังสีแกมมาด้วยวิธีมอนเตคาร์โล

• FASTRAD จัดจำหน่ายโดย TRAD เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ TRAD
• เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ FASTRAD