О применения СПО в общем ядерном практикуме Физического факультета МГУ (Геннадий Шефель, OSEDUCONF-2025) — различия между версиями

Текущая версия на 21:06, 17 марта 2025

Докладчик: Геннадий Шефель

Хотя студенты ядерного отделения на старших курсах плотно работают с СПО, внедрение СПО в физический практикум происходит медленно из-за отсутствия необходимых драйверов закупаемого оборудования и консервативного отношения сотрудников.
Основные цели продвижения СПО: энтузиазм приверженцев и достижение совместимости с современной компьютерной техникой при замене устаревшего оборудования.

Видео

Презентация

300px

Thesis

Современные студенты-ядерщики на старших курсах используют СПО: есть спецкурс по моделированию на Geant4 (взаимодействие излучения с веществом), проводят обработку результатов используя ROOT, GNU Octave. Под конкретные задачи студенты создают свои программы на Python, C++.

Общий ядерный практикум выполняет порядка 400 студентов на 2-м курсе. Главное при выполнении практических работ по ядерной физике студентами — сущность изучаемых явлений (радиоактивный распад, активация нейтронами…), принципы работы аппаратуры (детектор, АЦП…). Типовая учебная установка задачи ядерного практикума упрощённо: камера с источником радиоактивного излучения и детектор (счётчик Гейгера, полупроводниковый детектор, ФЭУ...). Сигнал с выхода установки оцифровывается с помощью специализированного блока АЦП. Компьютер служит для получения данных через порт ввода/вывода, отображения их в виде спектральных графиков и их математической обработки. В методике обработки ядерно-физического эксперимента превалируют: учёт фона, статистических погрешностей, энергетических потерь; калибровка (соответствие номера канала энергиям частиц). Для реализации основных целей практикума большую часть этих действий студенту следует делать самостоятельно.

В отдельных случаях студенты имеют дело не с реальной установкой, а с моделью эксперимента. Вместо сигнала с реальной установки на вход той же программы задачи приходят с сервера данные, снятые ранее на реальном эксперименте.

Парадоксальность ПО физического практикума в том, что ему, по мнению физиков, следует быть незаметным на фоне изучаемых физических явлений. Для них компьютер — практически «одномерный» инструмент вроде осциллографа с «умным калькулятором» в придачу. Такое отношение к компьютеру сформировало и в целом индифферентное отношение и к железу, и платформе ОС для разработки специализированного ПО.

Сотрудники лаборатории разрабатывали собственные программы для практикума, которые подходят под определение свободного ПО. К примеру, программы обработки экспериментальных кривых на ЭВМ «МИР-1» ещё в 70-х публиковались как приложение в нескольких изданиях описания практикума^[1].

В 90—2000-ых гг. АЦП приобретались в ООО ПАРСЕК Дубна (начиная с внутренних плат на ISA, PCI, позднее внешние на USB). Сотрудники практикума создавали программы для измерений и конвертеры форматов данных. Программы предупреждали стандартные ошибки студентов на установке, в некоторых случаях проводили предварительную обработку данных. В силу отношения к компьютеру как к инструменту программы разрабатывались на базе тех программных средств, что «были под рукой», т.е. на текущей Windows. Драйверы к АЦП предоставлялись производителем только под Windows.

Когда в 2022-2023 гг началась модернизация практикума, также произошло с поставленными НТЦ «Радэк» блоками ФЭУ с АЦП. Также драйверы только под Windows, и программа, успевшая на текущий момент уже устареть. Перегруженная «профессиональная» программа «Радэка» требовала от студента значительного времени на освоение при том, что, актуальность программы ушла на закате 2007 года. Самодельная программа на Python (PyQt6) оказалась достаточной для удовлетворения большинства требований (задание времени измерения, запись спектра). По мнению одного из авторов, складывается ощущение что современные производители приборов в России не желают считаться с тем что ПО является неотъемлемой частью выпускаемой продукции. Как следствие мы имеем ощутимый вклад в отраслевую отсталость на 20—30 лет. Поэтому любое свободное программное обеспечение отечественного производства должно приветствоваться и поощряться, именно оно будет выступать одной из ступеней фундамента индустриального подъёма.

В 2022—2023 гг. практикуму поставили современные ПК, на которых уже невозможно установить Windows XP или 7 непосредственно. Для запуска устаревших программ задач практикума Linux оказался способом частичного решения проблемы за счёт применения средств виртуализации.

Первым хорошим примером использования СПО в практикуме была установка наглядной регистрации космических лучей «Космический душ»^[2] Это мобильная установка, в которой 16 счётчиков Гейгера располагаются над головой на высоте человеческого роста. На крышке расположен одноплатный компьютер Raspberry Pi, блок питания и преобразователь для счётчиков Гейгера. Монитор показывает набор событий в реальном времени на каждой паре счётчиков и суммарный на всех счётчиках. Установка используется на Фестивале Науки, днях Открытых дверей. Помимо показательных выступлений, установка уже несколько лет служит в лаборатории как запасная установка для задачи «Статистика регистрации частиц». Исходный текст программы предоставлен разработчиками и доступен для дальнейшего развития.

В осеннем семестре 2024 года два второкурсника оказались фактически «Евангелистами» применения СПО среди студентов ядерного практикума. Один продемонстрировал обработку полученных данных в SkiDAVis, вместо традиционного Origin, другой построил весьма изящные графики с помощью программы на Python и оставил свои исходные тексты лаборатории.

640px

Примечания и ссылки

↑ Практикум по ядерной физике. Учебное пособие., Изд. 3-е, перераб. и доп., 1979, 190 c.
↑ Белышев С. С. Установка Космический душ как одно из средств формирования радиационной грамотности обучающихся во внеурочной деятельности, // С. С. Белышев, Е. В. Владимирова, В. В. Вязовский и др. // Наука и школа №~6, 2017

[shefel-bib1-1] Практикум по ядерной физике. Учебное пособие., Изд. 3-е, перераб. и доп., 1979, 190 c.

[shefel-bib2-2] Белышев С. С. Установка Космический душ как одно из средств формирования радиационной грамотности обучающихся во внеурочной деятельности, // С. С. Белышев, Е. В. Владимирова, В. В. Вязовский и др. // Наука и школа №~6, 2017

[1]

[2]