Desarrollo del código LegPy para la simulación de la interacción de rayos gamma y electrones con la materia

Abstract

En el presente trabajo se muestra tanto el desarrollo como la puesta en marcha de mejoras en el código LegPy, que se trata de una herramienta para realizar simulaciones Monte Carlo en Python para el transporte de fotones y electrones en medios materiales en el rango del MeV. El objetivo principal de este trabajo es ampliar el rango de aplicabilidad energética a través de la implementación del proceso de creación de pares electrón-positrón, y la simulación del transporte de positrones; que no eran considerados previamente. Definido el objetivo, se desarrollan mejoras en los módulos y funciones para simular dichos procedimientos, teniendo en cuenta el enfoque principal del código; que continúe ofreciendo simulaciones precisas con tiempos de ejecución no demasiado largos. Para validar las nuevas implementaciones, se decide comparar los procesos con el código de referencia PENELOPE; y se observa una excelente concordancia tanto en los espectros de energía absorbida como en las trayectorias de las partículas simuladas. En conclusión, los resultados obtenidos demuestran la validez de las mejoras, lo que permite ampliar el rango de energías de uso de LeyPy (sin arriesgar la eficiencia computacional). Asimismo, permite pensar en ampliaciones a futuro para incorporar nuevos procesos o partículas, como pueden ser el Bremsstrahlung, los haces de protones o las partículas alfa.

This work presents both the development and implementation of improvements to the LegPy code, a Monte Carlo tool written in Python to perform Monte Carlo simulations for the transport of photons and electrons in matter in the MeV energy range. The main objective of this project is to extend the code’s applicable energy range by implementing the electron-positron pair creation process and positron transport, which were not previously considered. With this goal in mind, new modules and functions were developed to simulate these processes, while maintaining the code’s original focus on delivering accurate simulations with reasonable computational times. To validate the new implementations, the results were compared with those obtained using the reference code PENELOPE, showing excellent agreement in both the absorbed energy spectra and the simulated particle trajectories. In conclusion, the results confirm the validity of the improvements, allowing LegPy to operate at higher energies without compromising computational efficiency. Furthermore, this opens the door to future extensions, such as incorporating additional processes or particles like Bremsstrahlung, proton beams, or alpha particles