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FLUKA-CERN新版安装调试报告

2020/2/13 作者:质子中国

所属类型

其他癌症

质子中国头部图片.jpg

FLUKA主要是意大利核物理研究所(INFN)和欧洲核子中心(CERN)的科学家合作开发的结晶,2019年9月1日,两家宣布结束在FLUKA方面的合作。INFN拥有老的网站http://www.fluka.org/并推出了新版本FLUKA2020.0beta.1,版本发行说明中部分内容提示用户使用Flair存在风险,貌似INFN将来对Flair的支持程度将逐渐降低。与此同时CERN建设了自己的FLUKA网站https://fluka.cern/并发布了新版本FLUKA2011-3.0,新网站上也更新了Flair,最新版是Flair3.0.5。


对于普通用户而言,是选择追随INFN还是CERN呢?经过这个漫长的春节,作者选择了CERN的新版本,理由如下:1.Flair不仅仅是GUI,更是前处理和后处理的重要工具,无法舍弃;2.CERN作为全球最大的研究中心,他们维护的FLUKA版本想必值得信赖。因此本文用CERN的新版本进行安装调试。

FLUKACERN安装调试01.jpg


1Ubuntu 18.04安装


Ubuntu最新版本是19.10。但Ubuntu18.04是稳定版本,加上有前期安装经验,稳妥起见我们安装Ubuntu18.04,安装Ubuntu的常规操作本文不再赘述。Ubuntu下载地址:https://ubuntu.com/。


2注册


由于原来在fluka.org的FUID无法通用于CERN的新网址,用户需要进行重新注册,注册页面是:https://fluka.cern/download/registration。本文简单介绍一下注册过程及注意要点。


2.1 点击创建账户Creat a account 

FLUKACERN安装调试02-注册.jpg


2.2 填写注册信息 

这个邮箱是最重要的,建议用研究所、高校、医院的工作邮箱。个人邮箱如qq邮箱不建议使用,可能会导致审核不通过。

FLUKACERN安装调试02-注册2.jpg


然后会收到CERN的一封邮件,提示用户需要一个工作日审核。

FLUKACERN安装调试03-注册提示.jpg

再次进入注册页面,点击Fill in form

FLUKACERN安装调试04-注册3.jpg

这里有几个选项选择,如果你的研究单位没有跟CERN签订协议或者你的公司也没有购买商业版本的话,比较省心的选择是最后一项:个人的科学研究目的。

FLUKACERN安装调试05-注册目的.jpg


2.3审核通过,下载 

不出意外,一天后会审核通过。当你的注册邮箱收到以下信息的时候就可以进入下载页面进行下载了。  

FLUKACERN安装调试06-审核下载.jpg


3FLUKA安装 


3.1 卸载老版本 

如果是老系统,里面安装了原来版本的FLUKA,建议先将其删除。如果是tar安装,用命令:

rm -Rf $FLUPRO

如果是rpm安装的,用命令:

rpm -e fluka2011


3.2 安装包下载 


找到CERN提供的下载网页:https://fluka.cern/download/latest-fluka-release,我们选择用于Linux的.tgz版本,也就是第一个。

FLUKACERN安装调试07-安装包.jpg

下载速度相比于之前非常慢,总共是480 M的文件,比之前的也大了约300 M。

FLUKACERN安装调试08-安装包下载.jpg


3.3 gfortran安装 


根据CERN网页https://fluka.cern/documentation/installation/fluka-linux-macos提供的安装步骤,跟以前的类似,第一步还是应该安装对应的编译器。

FLUKACERN安装调试09-编译器.jpg

在Ubuntu系统中安装gfortran 7.4

FLUKACERN安装调试10-安装要求gfrotrtran.jpg

检查是gfrotran否安装成功,可以用这样几个命令:

gfortran -v或者gcc -v查询版本

which gcc 和 whichgfortran 查询安装路径

FLUKACERN安装调试11-安装路径A.jpg

FLUKACERN安装调试12-安装路径B.jpg

如果是苹果macOS系统,操作相对更多一些。这里不多赘述,使用Mac的用户参见官网。


3.4 解压tgz文件 


把下载好的FLUKA安装包复制到Ubuntu系统下的新建文件夹home/FLUKA2011.3.0。文件夹命名可以随意,但不能有空格。

FLUKACERN安装调试13-安装包名称.jpg

然后在终端上用命令tar -xvffluka-2011-3.0.Linux-gfor7.tgz进行解压。

FLUKACERN安装调试14-安装包解压.jpg

解压后的文件存放在路径home/FLUKA2011.3.0/fluka2011-3.0下。对比上一个版本,这个版本解压后的文件分类更加清晰简洁。

FLUKACERN安装调试15-安装包版本对比.jpg

这个时候打开bin目录查看发现,还没有可执行文件。

FLUKACERN安装调试16-安装包可执行文件.jpg

3.5 安装 


由于makefile 在src目录下,终端用cd命令进入src目录,执行make命令。也可以按照官网说的用make -j 8来加速执行。

FLUKACERN安装调试17-make指令.jpg

Make执行完成后就会发现在bin目录下游多个可执行文件生成,这其中就包括fluka 和 flukadpm。

FLUKACERN安装调试18-可执行文件生成路径.jpg

3.6 环境变量 


与以前的版本安装最大的不同在于,CERN的新版本不需要在make之前设置环境变量。Make完成之后实际上也不需要,这里的环境变量设置只是为了使用方便,避免每次调用执行文件时都要输入全部路径。命令行是:

export PATH=$PATH:/home/yuni/FLUKA2011.3.0/fluka2011-3.0/bin

source ~/.bashrc 这个命令的作用是当打开新的终端的时候,环境变量仍然有效。也可以用echo $PATH命令查看一下PATH。

FLUKACERN安装调试19-执行时的全部路径.jpg

3.7  检验FLUKA是否安装成功 


CERN重新编写了运行的指南页面,用命令行运行FLUKA的指导页面是

https://fluka.cern/documentation/running/fluka-command-line。但其实你会发现这部分跟原来几乎是一致的。


将测试模型文件inp复制到工作文件夹FLUKAwork.为了减少运算时间,将输入粒子数改为1000。 

FLUKACERN安装调试20-测试模型文件参数.jpg

启动FLUKA运行的命令是:

/home/yuni/FLUKA2011.3.0/fluka2011-3.0/bin/rfluka-M 5 input.inp

也可以是:

/home/yuni/FLUKA2011.3.0/fluka2011-3.0/bin/rfluka-N0 -M 5 input.inp

对比原来的启动运行命令FLUPRO/flutil/rfluka-N 0 -M 5 input.inp,除了路径不同,其他都是一样的。

表示进行5个cycle的计算,-N表示起始cycle,-M表示结束的cycle。有5个cycle总共运算5000个粒子。

运行成功的标志是有临时文件夹生成:此例中为fluka_xxxx;

如果模型正确,会得到score的fort文件:如input001_fort.22;

由于单机上只能串行完成计算,因此依次得到cycle #1-#5的结果。

FLUKACERN安装调试21-单机操作文件结果.jpg

运行结束后在工作目录下会有很多fort文件,说明CERN的新版本FLUKA安装成功!

FLUKACERN安装调试22-安装成功.jpg


4FLAIR安装


随着CERN 和INFN的分家,FLAIR也有了新的网址:

http://flair.web.cern.ch/flair/

FLUKACERN安装调试23-FLAIR安装网址.jpg

Flair是FLUKA的GUI。由于其友好的用户界面,推荐大家都安装使用。目前最新版本是flair-3.0-5。本文提供两种安装Flair的方式,一种是最新的repository库安装,另一种是传统的手动逐步安装。CERN的网页安装指南推荐使用第一种,更加方便快捷,不容易出差错。


4.1 repository库安装 


4.1.1 卸载老版本 

如果你用的是之前的Ubuntu系统,而且安装过flair老版本的话,建议在装新版本前将其卸载,包括几何模块也卸载,命令行是:sudo apt remove flair flair-geoviewer。

FLUKACERN安装调试24-安装flair前卸载老版本.jpg

4.1.2 repository库安装Flair 

相比于之前复杂的安装过程,尤其是依赖包的安装过程,CERN提供了一个打包好的简易安装方式,也就是常用的repository。用这种方法只需要三步就能完成flair和flair-geoviewer及其他依赖包的安装。


1.安装repository库的key,命令行是:

sudo wget -q -O - https://cern.ch/flair/download/ubuntu/KEY.gpg | sudoapt-key add -

2.安装Ubuntu18.04对应的repository库,命令行是:

sudo add-apt-repository 'deb [arch=all,amd64] https://cern.ch/flair/download/ubuntu/18.04/'

这一步需要时间比较长,根据当地的网速而定,可以喝杯咖啡休息一下。

FLUKACERN安装调试25-安装指令运行.jpg

3.输入安装命令 回车:sudo aptinstall flair。在终端中可以看到许多依赖包将自动安装。

FLUKACERN安装调试26-安装文件自动生成文件包.jpg


4.1.3 Flair升级 

在上一节安装完成之后,建议立即进行升级。命令行是:

sudo apt update

sudo apt upgrade

终端中显示很多库都进行了更新,upgrade所需的时间更长,可以打一把游戏或者拿两篇文献翻翻。

FLUKACERN安装调试27-flair升级.jpg

4.1.4 Flair运行测试 

用命令行打开flair: flair input.inp &。新版Flair打开后弹出证书协议,拉到最底部点击I agree即可。

FLUKACERN安装调试27-flair运行测试.jpg


会出现报错提示:Set Fluka Directory。

FLUKACERN安装调试29-错误提示.jpg

直接点击界面中的start运行的话会出现状态提示:Finished with ERRORS。查阅.out文件看到进一步提示:failed to run command ‘rfluka’。说明Flair并没有像以前的版本那样在安装完成之后自动连接到FLUKA的可执行文件,从而导致了无法启动运行。

FLUKACERN安装调试30-无法执行命令.jpg

这里就需要最后做一个简单的手动操作:进入Flair的配置界面Config,将安装路径/home/yuni/FLUKA2011.3.0/fluka2011-3.0/bin复制到Fluka Directory中,其他不变。设置好之后点击Ok。

FLUKACERN安装调试31-手动操作继续.jpg

再进入运行Run界面,点击Start。发现可以正常运行了。同样设置5个cycle。

FLUKACERN安装调试32-继续安装.jpg

运行完成后,再合并fort文件得到.bnn文件就可以画图了。

FLUKACERN安装调试33-bnn画图.jpg

进入Plot界面画二维图,其操作过程跟原来版本一致。

FLUKACERN安装调试34-二维界面.jpg

我们这里的测试用例是之前讲过的治疗头案例,相对还是比较复杂的,几何没有报错,运行也没有报错,说明安装成功。

FLUKACERN安装调试35-安装成功.jpg

初步看来,CERN的这版Flair界面风格跟原来版本几乎一致,只有Geometry几何界面多了一个类似于CAD软件的操控窗口。开发者在发行说明里也指出对几何引擎进行了改进,使之更贴合用户习惯。另外就是底层驱动程序从Python2更换为Python3。


4.2 手动逐步安装 


许多老用户可能更加习惯手动逐步安装,通过这样一个安装过程更加理解Flair设计背后的一些逻辑,对用户使用也是有帮助的。


4.2.1 安装环境准备 

同样的建议是,在装新版本前将老版本卸载,包括几何模块也卸载,命令行是:sudo apt remove flair flair-geoviewer。和之前一样, CERN新的网址上也列举了许多前置要求,最好一项一项准备。


这部分是Flair的强制要求,都必须要安装:

FLUKACERN安装调试36-flair强制需求.jpg

这部分是强烈推荐安装的依赖包:

FLUKACERN安装调试37-flair推荐依赖包.jpg

这部分是编译需要的依赖包:

FLUKACERN安装调试38-flair编译依赖包.jpg


4.2.2 Python3安装 

在我的系统里Python2和3都已经安装,但Python指向的是python2,由于现在需要python3版本,用alias命令重新定向。为了以后方便也需要source一下。命令行:

echo alias python=python3 >> ~/.bashrc

Source ~/.bashrc

FLUKACERN安装调试39-Python安装.jpg


4.2.3 Tkinter Tcl/Tk安装 

Tkinter和 Tcl/Tk还是按照之前的调试报告安装。

Tkinter是Tcl/Tk的界面,因此按我理解,只装Tcl/Tk即可。

The Tkinter module (“Tk interface”) is thestandard Python interface to the Tk GUI toolkit.

https://docs.python.org/2/library/tkinter.html

命令为:sudo apt-get install python3-tk

FLUKACERN安装调试40-TKinter安装.jpg

4.2.4 Python Image Library安装 

中文:

https://www.jianshu.com/p/d5c6537c7a71

英文:

https://prateekvjoshi.com/2014/04/19/how-to-install-pil-on-ubuntu/

先安装pip,命令行:

sudo apt-get install python-pip

FLUKACERN安装调试41-PythonIMAGELIBRARY安装.jpg

然后安装其他依赖包

sudo apt-get install python-dev libjpeg-devlibfreetype6-dev zlib1g-dev

安装PIL:

sudo pip install pil

FLUKACERN安装调试42-其它安装.jpg

安装Pillow替代PIL:

sudo pip install Pillow

FLUKACERN安装调试43-Pillow安装.jpg

查询版本1.1.7安装成功!


4.2.5 Gnuplot安装 

Ubuntu下安装Gnuplot参考

英文:

http://zoomadmin.com/HowToInstall/UbuntuPackage/gnuplot

中文:

https://www.jianshu.com/p/6eef7dfe51bf

命令行:sudo apt-get install gnuplot

FLUKACERN安装调试44-GNUPLOT安装.jpg

画sin(x)曲线,安装成功!

FLUKACERN安装调试45-sineX曲线.jpg


4.2.6 pydicom 安装 

英文参考:

https://www.howtoinstall.co/en/ubuntu/xenial/python-dicom

命令行:

sudo apt-get install python3-dicom

FLUKACERN安装调试46-pydicom安装.jpg

安装成功的标志是在python3下导入dicom和numpy不报错。

FLUKACERN安装调试47-pydicom安装未报错.jpg

4.2.7 Numpy安装 

在安装pydicom 的时候已经依赖安装。独立安装的命令为:

sudo apt-get install python3-numpy


4.2.8 rpm格式安装 

将下载好的rpm版本flair和flair-geoviewe复制到FLAIR目录下:

FLUKACERN安装调试48-rpm格式安装.jpg

先安装alien:

sudo apt-get install alien

FLUKACERN安装调试49-alien.jpg

再安装flair-geoviewe,命令如下

sudo alien -iflair-geoviewer-3.0-5.x86_64.rpm

FLUKACERN安装调试50-FLAIRGEOVIEWE安装.jpg

安装FLAIR主程序: sudo alien -iflair-3.0-5.noarch.rpm

FLUKACERN安装调试51-flair主程序安装.jpg


4.2.9 运行测试 

Flair运行测试步骤参照4.1.4,这里不再赘述。所不同的是,4.2节手动逐步安装的flair有生成图标,可以直接双击.inp或者.flair文件打开。

FLUKACERN安装调试52-flair运行测试.jpg

而4.1节用repository安装的则只能通过命令行flair+要打开的文件进行。开发者Vasilis教授回复是由于repository安装的makefile中漏掉了链接到图标。后期会进行升级修改bug。

FLUKACERN安装调试53-REPOSITORY安装.jpg

另外用4.2节手动逐步安装完成后还出现了一个警示warning: PIL.Image and PIL.ImageTk not found. 如下图:

FLUKACERN安装调试54-安装警告.jpg

Vasilis教授的针对这个问题的回复是用命令行进行修补:

sudo apt install python3-pil.Imagetk

FLUKACERN安装调试55-命令修补.jpg

修补完成后就不会有错误提示了。


至此两种安装方式都测试成功,用户可以任选一种方法,4.1节的方法目前唯一的缺陷是没有图标链接,不能双击打开,但不影响命令行使用,4.2节安装过程相对繁琐,但所有的缺陷都已经解决。


5 小结


意大利核物理研究所(INFN)和欧洲核子中心(CERN)的分家,为用户提供了多个FLUKA版本以供选择,虽然选择更多了,但也增加了选择的难度。我们这里选择了CERN维护的新版本主要还是出于对Flair的喜爱和依赖。尤其是物理师用惯了商业TPS,如果没有GUI是不可想象的。


虽然版本升级,实际从使用的角度看FLUKA本身的变化并不大,Flair的变化也不大,只是内核驱动换成了Python3。但是CERN对于两个程序包的安装过程进行了简化,FLUKA不需要进行环境变量设置,Flair可以用repository库进行简易安装。大大降低了入门难度。


为了方便交流CERN同样建立了讨论社区FLUKA User Forum,上面也有作者针对本文安装过程出现的一些小问题的讨论,链接是:https://fluka-forum.web.cern.ch/t/missing-flair-mime-icons/293。Flair的主要开发作者Vasilis Vlachoudis教授也在第一时间进行了解答回复。


最后值得一提的是,今年3月16号到20号,CERN将举办第一届FLUKA学校,随着Flair中DICOM模块的逐步完善,FLUKA将会更广泛地应用于粒子治疗和医学物理,感兴趣的朋友赶紧去报名吧。

FLUKACERN安装调试56-开始学习.jpg


作者介绍:

FLUKA应用-质子防护-汪金龙-23.jpg

质子专区介绍:
相比传统放疗,质子治疗作为“精准治疗”的新一代代表,利用质子射线所具有的独特物理特性,以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,迅速到达肿瘤组织并释放全部剂量,而肿瘤后方和侧方的正常组织及器官受到的照射剂量几乎为零,从而实现以最大的照射剂量杀伤肿瘤组织的同时又最大限度地避免了周围组织及器官的损伤,实现更加精确的“精准治疗”。
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关键词

意大利核物理研究所

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