source: trunk/source/processes/electromagnetic/lowenergy/src/G4hICRU49p.cc @ 1007

Last change on this file since 1007 was 819, checked in by garnier, 16 years ago

import all except CVS
File size: 12.5 KB
Line 
1//
2// ********************************************************************
3// * License and Disclaimer                                           *
4// *                                                                  *
5// * The  Geant4 software  is  copyright of the Copyright Holders  of *
6// * the Geant4 Collaboration.  It is provided  under  the terms  and *
7// * conditions of the Geant4 Software License,  included in the file *
8// * LICENSE and available at  http://cern.ch/geant4/license .  These *
9// * include a list of copyright holders.                             *
10// *                                                                  *
11// * Neither the authors of this software system, nor their employing *
12// * institutes,nor the agencies providing financial support for this *
13// * work  make  any representation or  warranty, express or implied, *
14// * regarding  this  software system or assume any liability for its *
15// * use.  Please see the license in the file  LICENSE  and URL above *
16// * for the full disclaimer and the limitation of liability.         *
17// *                                                                  *
18// * This  code  implementation is the result of  the  scientific and *
19// * technical work of the GEANT4 collaboration.                      *
20// * By using,  copying,  modifying or  distributing the software (or *
21// * any work based  on the software)  you  agree  to acknowledge its *
22// * use  in  resulting  scientific  publications,  and indicate your *
23// * acceptance of all terms of the Geant4 Software license.          *
24// ********************************************************************
25//
26//
27// -------------------------------------------------------------------
28//
29// GEANT4 Class file
30//
31//
32// File name:     G4hICRU49p
33//
34// Author:        V.Ivanchenko (Vladimir.Ivanchenko@cern.ch)
35//
36// Creation date: 20 July 2000
37//
38// Modifications:
39// 20/07/2000  V.Ivanchenko First implementation
40// 18/09/2000  V.Ivanchenko clean up - all variable are the same as in ICRU
41// 03/10/2000  V.Ivanchenko clean up accoding to CodeWizard
42// 10/05/2001  V.Ivanchenko Clean up againist Linux compilation with -Wall
43//
44// Class Description:
45//
46// Electronic stopping power parametrised according to
47// ICRU Report N49, 1993, for protons.
48//
49// Class Description: End
50//
51// -------------------------------------------------------------------
52//
53//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
54
55#include "G4hICRU49p.hh"
56#include "G4UnitsTable.hh"
57#include "globals.hh"
58#include "G4Material.hh"
59
60//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
61
62G4hICRU49p::G4hICRU49p():G4VhElectronicStoppingPower(), 
63  iMolecula(0),
64  protonMassAMU(1.007276)
65{;}
66
67//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
68
69G4hICRU49p::~G4hICRU49p() 
70{;}
71
72//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
73
74G4bool G4hICRU49p::HasMaterial(const G4Material* material) 
75{
76  G4String chFormula = material->GetChemicalFormula() ;
77  G4String myFormula = G4String(" ") ;
78
79  if (myFormula ==  chFormula ) {
80    if(1 == (material->GetNumberOfElements())) return true;
81    return false ;
82  }
83
84  // ICRU Report N49, 1993. Power's model for He.
85  const size_t numberOfMolecula = 11 ;   
86  static G4String name[numberOfMolecula] = {
87    "Al_2O_3",                 "CO_2",                      "CH_4", 
88    "(C_2H_4)_N-Polyethylene", "(C_2H_4)_N-Polypropylene",  "(C_8H_8)_N", 
89    "C_3H_8",                  "SiO_2",                     "H_2O",
90    "H_2O-Gas",                "Graphite" } ;     
91 
92  // Special treatment for water in gas state
93  const G4State theState = material->GetState() ;
94
95  myFormula = G4String("H_2O");
96  if( theState == kStateGas && myFormula == chFormula) {
97    chFormula = G4String("H_2O-Gas");
98  }
99 
100  // Search for the material in the table
101  for (size_t i=0; i<numberOfMolecula; i++) {
102      if (chFormula == name[i]) {
103        SetMoleculaNumber(i) ;   
104        return true ;
105      }
106  }
107  return false ;
108}
109
110//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
111
112G4double G4hICRU49p::StoppingPower(const G4Material* material,
113                                         G4double kineticEnergy) 
114{
115  G4double ionloss = 0.0 ;
116
117  // pure material (normally not the case for this function)
118  if(1 == (material->GetNumberOfElements())) {
119    G4double z = material->GetZ() ;
120    ionloss = ElectronicStoppingPower( z, kineticEnergy ) ; 
121
122  } else if (iMolecula < 11) {
123 
124    // The data and the fit from:
125    // ICRU Report N49, 1993. Ziegler's model for protons.
126    // Proton kinetic energy for parametrisation (keV/amu) 
127
128    G4double T = kineticEnergy/(keV*protonMassAMU) ; 
129
130     static G4double a[11][5] = {
131   {1.187E+1, 1.343E+1, 1.069E+4, 7.723E+2, 2.153E-2}, 
132   {7.802E+0, 8.814E+0, 8.303E+3, 7.446E+2, 7.966E-3}, 
133   {7.294E+0, 8.284E+0, 5.010E+3, 4.544E+2, 8.153E-3}, 
134   {8.646E+0, 9.800E+0, 7.066E+3, 4.581E+2, 9.383E-3}, 
135   {1.286E+1, 1.462E+1, 5.625E+3, 2.621E+3, 3.512E-2}, 
136   {3.229E+1, 3.696E+1, 8.918E+3, 3.244E+3, 1.273E-1}, 
137   {1.604E+1, 1.825E+1, 6.967E+3, 2.307E+3, 3.775E-2}, 
138   {8.049E+0, 9.099E+0, 9.257E+3, 3.846E+2, 1.007E-2}, 
139   {4.015E+0, 4.542E+0, 3.955E+3, 4.847E+2, 7.904E-3}, 
140   {4.571E+0, 5.173E+0, 4.346E+3, 4.779E+2, 8.572E-3}, 
141   {2.631E+0, 2.601E+0, 1.701E+3, 1.279E+3, 1.638E-2} };
142     
143
144    if ( T < 10.0 ) {
145      ionloss = a[iMolecula][0] * std::sqrt(T) ;
146   
147    } else if ( T < 10000.0 ) {
148      G4double slow  = a[iMolecula][1] * std::pow(T, 0.45) ;
149      G4double shigh = std::log( 1.0 + a[iMolecula][3]/T 
150                     + a[iMolecula][4]*T ) * a[iMolecula][2]/T ;
151      ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;     
152    } 
153
154    if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
155     /////////////////////////////////////////////////////////////////
156    // Graphite may be implemented in a very approximate way (scaling
157    // amorphous results according to rough fits to ICRU tables of results:
158    // 1-100 keV: *(1+0.023+0.0066*std::log10(E))
159    // 100-700 keV: *(1+0.089-0.0248*std::log10(E-99.))
160    // 700-10000 keV: *(1+0.089-0.0248*std::log10(700.-99.))
161    // continuity is (should!) be garanteed, but not continuity of the
162    // first derivative. A better fit is in order!       
163    if ( 10 == iMolecula ) { 
164      if (T < 100.0) {   
165        ionloss *= (1.0+0.023+0.0066*std::log10(T)); 
166      }
167      else if (T < 700.0) {   
168        ionloss *=(1.0+0.089-0.0248*std::log10(T-99.));
169      } 
170      else if (T < 10000.0) {   
171        ionloss *=(1.0+0.089-0.0248*std::log10(700.-99.));
172      }
173    }
174  }
175 
176  return ionloss;
177} 
178
179//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
180
181G4double G4hICRU49p::ElectronicStoppingPower(G4double z,
182                                             G4double kineticEnergy) const
183{
184  G4double ionloss ;
185  G4int i = G4int(z)-1 ;  // index of atom
186  if(i < 0)  i = 0 ;
187  if(i > 91) i = 91 ;
188 
189  // The data and the fit from:
190  // ICRU Report 49, 1993. Ziegler's type of parametrisations.
191  // Proton kinetic energy for parametrisation (keV/amu) 
192
193  G4double T = kineticEnergy/(keV*protonMassAMU) ; 
194 
195  static G4double a[92][5] = {
196   {1.254E+0, 1.440E+0, 2.426E+2, 1.200E+4, 1.159E-1},
197   {1.229E+0, 1.397E+0, 4.845E+2, 5.873E+3, 5.225E-2},
198   {1.411E+0, 1.600E+0, 7.256E+2, 3.013E+3, 4.578E-2},
199   {2.248E+0, 2.590E+0, 9.660E+2, 1.538E+2, 3.475E-2},
200   {2.474E+0, 2.815E+0, 1.206E+3, 1.060E+3, 2.855E-2},
201   {2.631E+0, 2.601E+0, 1.701E+3, 1.279E+3, 1.638E-2},
202   {2.954E+0, 3.350E+0, 1.683E+3, 1.900E+3, 2.513E-2},
203   {2.652E+0, 3.000E+0, 1.920E+3, 2.000E+3, 2.230E-2},
204   {2.085E+0, 2.352E+0, 2.157E+3, 2.634E+3, 1.816E-2},
205   {1.951E+0, 2.199E+0, 2.393E+3, 2.699E+3, 1.568E-2},
206   {2.542E+0, 2.869E+0, 2.628E+3, 1.854E+3, 1.472E-2},
207   {3.791E+0, 4.293E+0, 2.862E+3, 1.009E+3, 1.397E-2},
208   {4.154E+0, 4.739E+0, 2.766E+3, 1.645E+2, 2.023E-2},
209   {4.914E+0, 5.598E+0, 3.193E+3, 2.327E+2, 1.419E-2},
210   {3.232E+0, 3.647E+0, 3.561E+3, 1.560E+3, 1.267E-2},
211   {3.447E+0, 3.891E+0, 3.792E+3, 1.219E+3, 1.211E-2},
212   {5.301E+0, 6.008E+0, 3.969E+3, 6.451E+2, 1.183E-2},
213   {5.731E+0, 6.500E+0, 4.253E+3, 5.300E+2, 1.123E-2},
214   {5.152E+0, 5.833E+0, 4.482E+3, 5.457E+2, 1.129E-2},
215   {5.521E+0, 6.252E+0, 4.710E+3, 5.533E+2, 1.112E-2},
216   {5.201E+0, 5.884E+0, 4.938E+3, 5.609E+2, 9.995E-3},
217   {4.858E+0, 5.489E+0, 5.260E+3, 6.511E+2, 8.930E-3},
218   {4.479E+0, 5.055E+0, 5.391E+3, 9.523E+2, 9.117E-3},
219   {3.983E+0, 4.489E+0, 5.616E+3, 1.336E+3, 8.413E-3},
220   {3.469E+0, 3.907E+0, 5.725E+3, 1.461E+3, 8.829E-3},
221   {3.519E+0, 3.963E+0, 6.065E+3, 1.243E+3, 7.782E-3},
222   {3.140E+0, 3.535E+0, 6.288E+3, 1.372E+3, 7.361E-3},
223   {3.553E+0, 4.004E+0, 6.205E+3, 5.551E+2, 8.763E-3},
224   {3.696E+0, 4.194E+0, 4.649E+3, 8.113E+1, 2.242E-2},
225   {4.210E+0, 4.750E+0, 6.953E+3, 2.952E+2, 6.809E-3},
226   {5.041E+0, 5.697E+0, 7.173E+3, 2.026E+2, 6.725E-3},
227   {5.554E+0, 6.300E+0, 6.496E+3, 1.100E+2, 9.689E-3},
228   {5.323E+0, 6.012E+0, 7.611E+3, 2.925E+2, 6.447E-3},
229   {5.874E+0, 6.656E+0, 7.395E+3, 1.175E+2, 7.684E-3},
230   {6.658E+0, 7.536E+0, 7.694E+3, 2.223E+2, 6.509E-3},
231   {6.413E+0, 7.240E+0, 1.185E+4, 1.537E+2, 2.880E-3},
232   {5.694E+0, 6.429E+0, 8.478E+3, 2.929E+2, 6.087E-3},
233   {6.339E+0, 7.159E+0, 8.693E+3, 3.303E+2, 6.003E-3},
234   {6.407E+0, 7.234E+0, 8.907E+3, 3.678E+2, 5.889E-3},
235   {6.734E+0, 7.603E+0, 9.120E+3, 4.052E+2, 5.765E-3},
236   {6.901E+0, 7.791E+0, 9.333E+3, 4.427E+2, 5.587E-3},
237   {6.424E+0, 7.248E+0, 9.545E+3, 4.802E+2, 5.376E-3},
238   {6.799E+0, 7.671E+0, 9.756E+3, 5.176E+2, 5.315E-3},
239   {6.109E+0, 6.887E+0, 9.966E+3, 5.551E+2, 5.151E-3},
240   {5.924E+0, 6.677E+0, 1.018E+4, 5.925E+2, 4.919E-3},
241   {5.238E+0, 5.900E+0, 1.038E+4, 6.300E+2, 4.758E-3},
242   {5.345E+0, 6.038E+0, 6.790E+3, 3.978E+2, 1.676E-2},
243   {5.814E+0, 6.554E+0, 1.080E+4, 3.555E+2, 4.626E-3},
244   {6.229E+0, 7.024E+0, 1.101E+4, 3.709E+2, 4.540E-3},
245   {6.409E+0, 7.227E+0, 1.121E+4, 3.864E+2, 4.474E-3},
246   {7.500E+0, 8.480E+0, 8.608E+3, 3.480E+2, 9.074E-3},
247   {6.979E+0, 7.871E+0, 1.162E+4, 3.924E+2, 4.402E-3},
248   {7.725E+0, 8.716E+0, 1.183E+4, 3.948E+2, 4.376E-3},
249   {8.337E+0, 9.425E+0, 1.051E+4, 2.696E+2, 6.206E-3},
250   {7.287E+0, 8.218E+0, 1.223E+4, 3.997E+2, 4.447E-3},
251   {7.899E+0, 8.911E+0, 1.243E+4, 4.021E+2, 4.511E-3},
252   {8.041E+0, 9.071E+0, 1.263E+4, 4.045E+2, 4.540E-3},
253   {7.488E+0, 8.444E+0, 1.283E+4, 4.069E+2, 4.420E-3},
254   {7.291E+0, 8.219E+0, 1.303E+4, 4.093E+2, 4.298E-3},
255   {7.098E+0, 8.000E+0, 1.323E+4, 4.118E+2, 4.182E-3},
256   {6.909E+0, 7.786E+0, 1.343E+4, 4.142E+2, 4.058E-3},
257   {6.728E+0, 7.580E+0, 1.362E+4, 4.166E+2, 3.976E-3},
258   {6.551E+0, 7.380E+0, 1.382E+4, 4.190E+2, 3.877E-3},
259   {6.739E+0, 7.592E+0, 1.402E+4, 4.214E+2, 3.863E-3},
260   {6.212E+0, 6.996E+0, 1.421E+4, 4.239E+2, 3.725E-3},
261   {5.517E+0, 6.210E+0, 1.440E+4, 4.263E+2, 3.632E-3},
262   {5.220E+0, 5.874E+0, 1.460E+4, 4.287E+2, 3.498E-3},
263   {5.071E+0, 5.706E+0, 1.479E+4, 4.330E+2, 3.405E-3},
264   {4.926E+0, 5.542E+0, 1.498E+4, 4.335E+2, 3.342E-3},
265   {4.788E+0, 5.386E+0, 1.517E+4, 4.359E+2, 3.292E-3},
266   {4.893E+0, 5.505E+0, 1.536E+4, 4.384E+2, 3.243E-3},
267   {5.028E+0, 5.657E+0, 1.555E+4, 4.408E+2, 3.195E-3},
268   {4.738E+0, 5.329E+0, 1.574E+4, 4.432E+2, 3.186E-3},
269   {4.587E+0, 5.160E+0, 1.541E+4, 4.153E+2, 3.406E-3},
270   {5.201E+0, 5.851E+0, 1.612E+4, 4.416E+2, 3.122E-3},
271   {5.071E+0, 5.704E+0, 1.630E+4, 4.409E+2, 3.082E-3},
272   {4.946E+0, 5.563E+0, 1.649E+4, 4.401E+2, 2.965E-3},
273   {4.477E+0, 5.034E+0, 1.667E+4, 4.393E+2, 2.871E-3},
274   {4.844E+0, 5.458E+0, 7.852E+3, 9.758E+2, 2.077E-2},
275   {4.307E+0, 4.843E+0, 1.704E+4, 4.878E+2, 2.882E-3},
276   {4.723E+0, 5.311E+0, 1.722E+4, 5.370E+2, 2.913E-3},
277   {5.319E+0, 5.982E+0, 1.740E+4, 5.863E+2, 2.871E-3},
278   {5.956E+0, 6.700E+0, 1.780E+4, 6.770E+2, 2.660E-3},
279   {6.158E+0, 6.928E+0, 1.777E+4, 5.863E+2, 2.812E-3},
280   {6.203E+0, 6.979E+0, 1.795E+4, 5.863E+2, 2.776E-3},
281   {6.181E+0, 6.954E+0, 1.812E+4, 5.863E+2, 2.748E-3},
282   {6.949E+0, 7.820E+0, 1.830E+4, 5.863E+2, 2.737E-3},
283   {7.506E+0, 8.448E+0, 1.848E+4, 5.863E+2, 2.727E-3},
284   {7.648E+0, 8.609E+0, 1.866E+4, 5.863E+2, 2.697E-3},
285   {7.711E+0, 8.679E+0, 1.883E+4, 5.863E+2, 2.641E-3},
286   {7.407E+0, 8.336E+0, 1.901E+4, 5.863E+2, 2.603E-3},
287   {7.290E+0, 8.204E+0, 1.918E+4, 5.863E+2, 2.673E-3}
288  };
289
290  G4double fac = 1.0 ;
291
292    // Carbon specific case for E < 40 keV
293  if ( T < 40.0 && 5 == i) {
294    fac = std::sqrt(T/40.0) ;
295    T = 40.0 ; 
296
297    // Free electron gas model
298  } else if ( T < 10.0 ) { 
299    fac = std::sqrt(T*0.1) ;
300    T =10.0 ; 
301  }
302
303  // Main parametrisation
304  G4double slow  = a[i][1] * std::pow(T, 0.45) ;
305  G4double shigh = std::log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
306  ionloss = slow*shigh*fac / (slow + shigh) ;     
307 
308  if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
309 
310  return ionloss;
311}
312
313
314
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.