source: trunk/source/processes/electromagnetic/standard/src/G4BraggIonModel.cc @ 1183

Last change on this file since 1183 was 1055, checked in by garnier, 15 years ago

maj sur la beta de geant 4.9.3
File size: 24.2 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// $Id: G4BraggIonModel.cc,v 1.24 2009/04/09 18:41:18 vnivanch Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-03-beta-cand-01 $
28//
29// -------------------------------------------------------------------
30//
31// GEANT4 Class file
32//
33//
34// File name:   G4BraggIonModel
35//
36// Author:        Vladimir Ivanchenko
37//
38// Creation date: 13.10.2004
39//
40// Modifications:
41// 11-05-05 Major optimisation of internal interfaces (V.Ivantchenko)
42// 29-11-05 Do not use G4Alpha class (V.Ivantchenko)
43// 15-02-06 ComputeCrossSectionPerElectron, ComputeCrossSectionPerAtom (mma)
44// 25-04-06 Add stopping data from ASTAR (V.Ivanchenko)
45// 23-10-06 Reduce lowestKinEnergy to 0.25 keV (V.Ivanchenko)
46// 12-08-08 Added methods GetParticleCharge, GetChargeSquareRatio,
47//          CorrectionsAlongStep needed for ions(V.Ivanchenko)
48//
49
50// Class Description:
51//
52// Implementation of energy loss and delta-electron production by
53// slow charged heavy particles
54
55// -------------------------------------------------------------------
56//
57
58
59//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
60//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
61
62#include "G4BraggIonModel.hh"
63#include "Randomize.hh"
64#include "G4Electron.hh"
65#include "G4ParticleChangeForLoss.hh"
66#include "G4LossTableManager.hh"
67#include "G4EmCorrections.hh"
68
69//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
70
71using namespace std;
72
73G4BraggIonModel::G4BraggIonModel(const G4ParticleDefinition* p,
74                                 const G4String& nam)
75  : G4VEmModel(nam),
76    corr(0),
77    particle(0),
78    fParticleChange(0),
79    iMolecula(0),
80    isIon(false),
81    isInitialised(false)
82{
83  if(p) SetParticle(p);
84  SetHighEnergyLimit(2.0*MeV);
85
86  HeMass           = 3.727417*GeV;
87  rateMassHe2p     = HeMass/proton_mass_c2;
88  lowestKinEnergy  = 1.0*keV/rateMassHe2p;
89  massFactor       = 1000.*amu_c2/HeMass;
90  theZieglerFactor = eV*cm2*1.0e-15;
91  theElectron      = G4Electron::Electron();
92}
93
94//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
95
96G4BraggIonModel::~G4BraggIonModel()
97{}
98
99//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
100
101G4double G4BraggIonModel::MinEnergyCut(const G4ParticleDefinition*,
102                                       const G4MaterialCutsCouple* couple)
103{
104  return couple->GetMaterial()->GetIonisation()->GetMeanExcitationEnergy();
105}
106
107//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
108
109void G4BraggIonModel::Initialise(const G4ParticleDefinition* p,
110                                 const G4DataVector&)
111{
112  if(p != particle) SetParticle(p);
113
114  corrFactor = chargeSquare;
115
116  // always false before the run
117  SetDeexcitationFlag(false);
118
119  if(!isInitialised) {
120    isInitialised = true;
121
122    G4String pname = particle->GetParticleName();
123    if(particle->GetParticleType() == "nucleus" &&
124       pname != "deuteron" && pname != "triton") isIon = true;
125
126    corr = G4LossTableManager::Instance()->EmCorrections();
127
128    fParticleChange = GetParticleChangeForLoss();
129  }
130}
131
132//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
133
134G4double G4BraggIonModel::GetChargeSquareRatio(const G4ParticleDefinition* p,
135                                               const G4Material* mat,
136                                               G4double kineticEnergy)
137{
138  // this method is called only for ions
139  G4double q2 = corr->EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kineticEnergy);
140  corrFactor  = q2*corr->EffectiveChargeCorrection(p,mat,kineticEnergy); 
141  return corrFactor;
142}
143
144//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
145
146G4double G4BraggIonModel::GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition* p,
147                                            const G4Material* mat,
148                                            G4double kineticEnergy)
149{
150  // this method is called only for ions
151  return corr->GetParticleCharge(p,mat,kineticEnergy);
152}
153
154//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
155
156G4double G4BraggIonModel::ComputeCrossSectionPerElectron(
157                                           const G4ParticleDefinition* p,
158                                                 G4double kineticEnergy,
159                                                 G4double cutEnergy,
160                                                 G4double maxKinEnergy)
161{
162  G4double cross     = 0.0;
163  G4double tmax      = MaxSecondaryEnergy(p, kineticEnergy);
164  G4double maxEnergy = std::min(tmax,maxKinEnergy);
165  if(cutEnergy < tmax) {
166
167    G4double energy  = kineticEnergy + mass;
168    G4double energy2 = energy*energy;
169    G4double beta2   = kineticEnergy*(kineticEnergy + 2.0*mass)/energy2;
170    cross = 1.0/cutEnergy - 1.0/maxEnergy - beta2*log(maxEnergy/cutEnergy)/tmax;
171
172    cross *= twopi_mc2_rcl2*chargeSquare/beta2;
173  }
174 //   G4cout << "BR: e= " << kineticEnergy << " tmin= " << cutEnergy
175 //          << " tmax= " << tmax << " cross= " << cross << G4endl;
176 
177  return cross;
178}
179
180//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
181
182G4double G4BraggIonModel::ComputeCrossSectionPerAtom(
183                                           const G4ParticleDefinition* p,
184                                                 G4double kineticEnergy,
185                                                 G4double Z, G4double,
186                                                 G4double cutEnergy,
187                                                 G4double maxEnergy)
188{
189  G4double cross = Z*ComputeCrossSectionPerElectron
190                                         (p,kineticEnergy,cutEnergy,maxEnergy);
191  return cross;
192}
193
194//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
195
196G4double G4BraggIonModel::CrossSectionPerVolume(
197                                           const G4Material* material,
198                                           const G4ParticleDefinition* p,
199                                                 G4double kineticEnergy,
200                                                 G4double cutEnergy,
201                                                 G4double maxEnergy)
202{
203  G4double eDensity = material->GetElectronDensity();
204  G4double cross = eDensity*ComputeCrossSectionPerElectron
205                                         (p,kineticEnergy,cutEnergy,maxEnergy);
206  return cross;
207}
208
209//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
210
211G4double G4BraggIonModel::ComputeDEDXPerVolume(const G4Material* material,
212                                               const G4ParticleDefinition* p,
213                                               G4double kineticEnergy,
214                                               G4double cutEnergy)
215{
216  G4double tmax  = MaxSecondaryEnergy(p, kineticEnergy);
217  G4double tmin  = min(cutEnergy, tmax);
218  G4double tkin  = kineticEnergy/massRate;
219  G4double dedx  = 0.0;
220  if(tkin > lowestKinEnergy) dedx = DEDX(material, tkin);
221  else      dedx = DEDX(material, lowestKinEnergy)*sqrt(tkin/lowestKinEnergy);
222
223  if (cutEnergy < tmax) {
224
225    G4double tau   = kineticEnergy/mass;
226    G4double gam   = tau + 1.0;
227    G4double bg2   = tau * (tau+2.0);
228    G4double beta2 = bg2/(gam*gam);
229    G4double x     = tmin/tmax;
230
231    dedx += (log(x) + (1.0 - x)*beta2) * twopi_mc2_rcl2
232          * (material->GetElectronDensity())/beta2;
233  }
234
235  // now compute the total ionization loss
236
237  if (dedx < 0.0) dedx = 0.0 ;
238
239  dedx *= chargeSquare;
240
241  //G4cout << " tkin(MeV) = " << tkin/MeV << " dedx(MeVxcm^2/g) = "
242  //       << dedx*gram/(MeV*cm2*material->GetDensity())
243  //       << " q2 = " << chargeSquare <<  G4endl;
244
245  return dedx;
246}
247
248//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
249
250void G4BraggIonModel::CorrectionsAlongStep(const G4MaterialCutsCouple* couple,
251                                           const G4DynamicParticle* dp,
252                                           G4double& eloss,
253                                           G4double&,
254                                           G4double length)
255{
256  // this method is called only for ions
257  const G4ParticleDefinition* p = dp->GetDefinition();
258  const G4Material* mat = couple->GetMaterial();
259  G4double preKinEnergy = dp->GetKineticEnergy();
260  G4double e = preKinEnergy - eloss*0.5;
261  if(e < 0.0) e = preKinEnergy*0.5;
262
263  G4double q2 = corr->EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,e);
264  GetModelOfFluctuations()->SetParticleAndCharge(p, q2);
265  eloss *= q2*corr->EffectiveChargeCorrection(p,mat,e)/corrFactor; 
266
267  if(nuclearStopping) {
268
269    G4double nloss = length*corr->NuclearDEDX(p,mat,e,false);
270
271    // too big energy loss
272    if(eloss + nloss > preKinEnergy) {
273      nloss *= (preKinEnergy/(eloss + nloss));
274      eloss = preKinEnergy;
275    } else {
276      eloss += nloss;
277    }
278    /*
279    G4cout << "G4ionIonisation::CorrectionsAlongStep: e= " << preKinEnergy
280           << " de= " << eloss << " NIEL= " << nloss
281           << " dynQ= " << dp->GetCharge()/eplus << G4endl;
282    */
283    fParticleChange->ProposeNonIonizingEnergyDeposit(nloss);
284  }
285}
286
287//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
288
289void G4BraggIonModel::SampleSecondaries(std::vector<G4DynamicParticle*>* vdp,
290                                        const G4MaterialCutsCouple*,
291                                        const G4DynamicParticle* dp,
292                                        G4double xmin,
293                                        G4double maxEnergy)
294{
295  G4double tmax = MaxSecondaryKinEnergy(dp);
296  G4double xmax = std::min(tmax, maxEnergy);
297  if(xmin >= xmax) return;
298
299  G4double kineticEnergy = dp->GetKineticEnergy();
300  G4double energy  = kineticEnergy + mass;
301  G4double energy2 = energy*energy;
302  G4double beta2   = kineticEnergy*(kineticEnergy + 2.0*mass)/energy2;
303  G4double grej    = 1.0;
304  G4double deltaKinEnergy, f;
305
306  G4ThreeVector direction = dp->GetMomentumDirection();
307
308  // sampling follows ...
309  do {
310    G4double q = G4UniformRand();
311    deltaKinEnergy = xmin*xmax/(xmin*(1.0 - q) + xmax*q);
312
313    f = 1.0 - beta2*deltaKinEnergy/tmax;
314
315    if(f > grej) {
316        G4cout << "G4BraggIonModel::SampleSecondary Warning! "
317               << "Majorant " << grej << " < "
318               << f << " for e= " << deltaKinEnergy
319               << G4endl;
320    }
321
322  } while( grej*G4UniformRand() >= f );
323
324  G4double deltaMomentum =
325           sqrt(deltaKinEnergy * (deltaKinEnergy + 2.0*electron_mass_c2));
326  G4double totMomentum = energy*sqrt(beta2);
327  G4double cost = deltaKinEnergy * (energy + electron_mass_c2) /
328                                   (deltaMomentum * totMomentum);
329  if(cost > 1.0) cost = 1.0;
330  G4double sint = sqrt((1.0 - cost)*(1.0 + cost));
331
332  G4double phi = twopi * G4UniformRand() ;
333
334  G4ThreeVector deltaDirection(sint*cos(phi),sint*sin(phi), cost) ;
335  deltaDirection.rotateUz(direction);
336
337  // create G4DynamicParticle object for delta ray
338  G4DynamicParticle* delta = new G4DynamicParticle(theElectron,deltaDirection,
339                                                   deltaKinEnergy);
340
341  vdp->push_back(delta);
342
343  // Change kinematics of primary particle
344  kineticEnergy       -= deltaKinEnergy;
345  G4ThreeVector finalP = direction*totMomentum - deltaDirection*deltaMomentum;
346  finalP               = finalP.unit();
347
348  fParticleChange->SetProposedKineticEnergy(kineticEnergy);
349  fParticleChange->SetProposedMomentumDirection(finalP);
350}
351
352//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
353
354G4double G4BraggIonModel::MaxSecondaryEnergy(const G4ParticleDefinition* pd,
355                                             G4double kinEnergy)
356{
357  if(pd != particle) SetParticle(pd);
358  G4double tau  = kinEnergy/mass;
359  G4double tmax = 2.0*electron_mass_c2*tau*(tau + 2.) /
360                  (1. + 2.0*(tau + 1.)*ratio + ratio*ratio);
361  return tmax;
362}
363
364//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
365
366G4bool G4BraggIonModel::HasMaterial(const G4Material* material)
367{
368  const size_t numberOfMolecula = 11 ;
369  SetMoleculaNumber(numberOfMolecula) ;
370  G4String chFormula = material->GetChemicalFormula() ;
371
372  // ICRU Report N49, 1993. Ziegler model for He.
373  static G4String molName[numberOfMolecula] = {
374    "CaF_2",  "Cellulose_Nitrate",  "LiF", "Policarbonate", 
375    "(C_2H_4)_N-Polyethylene",  "(C_2H_4)_N-Polymethly_Methacralate",
376    "Polysterene", "SiO_2", "NaI", "H_2O",
377    "Graphite" } ;
378
379  // Search for the material in the table
380  for (size_t i=0; i<numberOfMolecula; i++) {
381      if (chFormula == molName[i]) {
382        SetMoleculaNumber(i) ;
383        return true ;
384      }
385  }
386  return false ;
387}
388
389//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
390
391G4double G4BraggIonModel::StoppingPower(const G4Material* material,
392                                        G4double kineticEnergy) 
393{
394  G4double ionloss = 0.0 ;
395
396  if (iMolecula < 11) {
397 
398    // The data and the fit from:
399    // ICRU Report N49, 1993. Ziegler's model for alpha
400    // He energy in internal units of parametrisation formula (MeV)
401
402    G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p/MeV ;
403
404    static G4double a[11][5] = {
405       {9.43672, 0.54398, 84.341, 1.3705, 57.422},
406       {67.1503, 0.41409, 404.512, 148.97, 20.99},
407       {5.11203, 0.453,  36.718,  50.6,  28.058}, 
408       {61.793, 0.48445, 361.537, 57.889, 50.674},
409       {7.83464, 0.49804, 160.452, 3.192, 0.71922},
410       {19.729, 0.52153, 162.341, 58.35, 25.668}, 
411       {26.4648, 0.50112, 188.913, 30.079, 16.509},
412       {7.8655, 0.5205, 63.96, 51.32, 67.775},
413       {8.8965, 0.5148, 339.36, 1.7205, 0.70423},
414       {2.959, 0.53255, 34.247, 60.655, 15.153}, 
415       {3.80133, 0.41590, 12.9966, 117.83, 242.28} };   
416
417    static G4double atomicWeight[11] = {
418       101.96128, 44.0098, 16.0426, 28.0536, 42.0804,
419       104.1512, 44.665, 60.0843, 18.0152, 18.0152, 12.0};       
420
421    G4int i = iMolecula;
422
423    // Free electron gas model
424    if ( T < 0.001 ) {
425      G4double slow  = a[i][0] ;
426      G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]*1000.0 + a[i][4]*0.001 )
427         * a[i][2]*1000.0 ;
428      ionloss  = slow*shigh / (slow + shigh) ;
429      ionloss *= sqrt(T*1000.0) ;
430
431      // Main parametrisation
432    } else {
433      G4double slow  = a[i][0] * pow((T*1000.0), a[i][1]) ;
434      G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
435      ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;
436       /*
437         G4cout << "## " << i << ". T= " << T << " slow= " << slow
438         << " a0= " << a[i][0] << " a1= " << a[i][1]
439         << " shigh= " << shigh
440         << " dedx= " << ionloss << " q^2= " <<  HeEffChargeSquare(z, T*MeV)
441         << G4endl;
442       */
443    }
444    if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
445
446    // He effective charge
447    G4double aa = atomicWeight[iMolecula];
448    ionloss /= (HeEffChargeSquare(0.5*aa, T)*aa);
449
450  // pure material (normally not the case for this function)
451  } else if(1 == (material->GetNumberOfElements())) {
452    G4double z = material->GetZ() ;
453    ionloss = ElectronicStoppingPower( z, kineticEnergy ) ; 
454  }
455 
456  return ionloss;
457}
458
459//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
460
461G4double G4BraggIonModel::ElectronicStoppingPower(G4double z,
462                                                  G4double kineticEnergy) const
463{
464  G4double ionloss ;
465  G4int i = G4int(z)-1 ;  // index of atom
466  if(i < 0)  i = 0 ;
467  if(i > 91) i = 91 ;
468
469  // The data and the fit from:
470  // ICRU Report 49, 1993. Ziegler's type of parametrisations.
471  // Proton kinetic energy for parametrisation (keV/amu)
472
473   // He energy in internal units of parametrisation formula (MeV)
474  G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p/MeV ;
475
476  static G4double a[92][5] = {
477    {0.35485, 0.6456, 6.01525,  20.8933, 4.3515
478   },{ 0.58,    0.59,   6.3,     130.0,   44.07
479   },{ 1.42,    0.49,   12.25,    32.0,    9.161
480   },{ 2.206,   0.51,   15.32,    0.25,    8.995 //Be Ziegler77
481       // },{ 2.1895,  0.47183,7.2362,   134.30,  197.96 //Be from ICRU
482   },{ 3.691,   0.4128, 18.48,    50.72,   9.0
483   },{ 3.83523, 0.42993,12.6125,  227.41,  188.97
484   },{ 1.9259,  0.5550, 27.15125, 26.0665, 6.2768
485   },{ 2.81015, 0.4759, 50.0253,  10.556,  1.0382
486   },{ 1.533,   0.531,  40.44,    18.41,   2.718
487   },{ 2.303,   0.4861, 37.01,    37.96,   5.092
488       // Z= 11-20
489   },{ 9.894,   0.3081, 23.65,    0.384,   92.93
490   },{ 4.3,     0.47,   34.3,     3.3,     12.74
491   },{ 2.5,     0.625,  45.7,     0.1,     4.359
492   },{ 2.1,     0.65,   49.34,    1.788,   4.133
493   },{ 1.729,   0.6562, 53.41,    2.405,   3.845
494   },{ 1.402,   0.6791, 58.98,    3.528,   3.211
495   },{ 1.117,   0.7044, 69.69,    3.705,    2.156
496   },{ 2.291,   0.6284, 73.88,    4.478,    2.066
497   },{ 8.554,   0.3817, 83.61,    11.84,    1.875
498   },{ 6.297,   0.4622, 65.39,    10.14,    5.036
499       // Z= 21-30     
500   },{ 5.307,   0.4918, 61.74,    12.4,    6.665
501   },{ 4.71,    0.5087, 65.28,    8.806,    5.948
502   },{ 6.151,   0.4524, 83.0,    18.31,    2.71
503   },{ 6.57,    0.4322, 84.76,    15.53,    2.779
504   },{ 5.738,   0.4492, 84.6,    14.18,    3.101
505   },{ 5.013,   0.4707, 85.8,    16.55,    3.211
506   },{ 4.32,    0.4947, 76.14,    10.85,    5.441
507   },{ 4.652,   0.4571, 80.73,    22.0,    4.952
508   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    6.385
509   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    7.502
510       // Z= 31-40
511   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    8.514
512   },{ 5.746,   0.4662, 79.24,    1.185,    7.993
513   },{ 2.792,   0.6346, 106.1,    0.2986,   2.331
514   },{ 4.667,   0.5095, 124.3,    2.102,    1.667
515   },{ 2.44,    0.6346, 105.0,    0.83,    2.851
516   },{ 1.413,   0.7377, 147.9,    1.466,    1.016
517   },{ 11.72,   0.3826, 102.8,    9.231,    4.371
518   },{ 7.126,   0.4804, 119.3,    5.784,    2.454
519   },{ 11.61,   0.3955, 146.7,    7.031,    1.423
520   },{ 10.99,   0.41,   163.9,   7.1,      1.052
521       // Z= 41-50
522   },{ 9.241,   0.4275, 163.1,    7.954,    1.102
523   },{ 9.276,   0.418,  157.1,   8.038,    1.29
524   },{ 3.999,   0.6152, 97.6,    1.297,    5.792
525   },{ 4.306,   0.5658, 97.99,    5.514,    5.754
526   },{ 3.615,   0.6197, 86.26,    0.333,    8.689
527   },{ 5.8,     0.49,   147.2,   6.903,    1.289
528   },{ 5.6,     0.49,   130.0,   10.0,     2.844
529   },{ 3.55,    0.6068, 124.7,    1.112,    3.119
530   },{ 3.6,     0.62,   105.8,   0.1692,   6.026
531   },{ 5.4,     0.53,   103.1,   3.931,    7.767
532       // Z= 51-60
533   },{ 3.97,    0.6459, 131.8,    0.2233,   2.723
534   },{ 3.65,    0.64,   126.8,   0.6834,   3.411
535   },{ 3.118,   0.6519, 164.9,    1.208,    1.51
536   },{ 3.949,   0.6209, 200.5,    1.878,    0.9126
537   },{ 14.4,    0.3923, 152.5,    8.354,    2.597
538   },{ 10.99,   0.4599, 138.4,    4.811,    3.726
539   },{ 16.6,    0.3773, 224.1,    6.28,    0.9121
540   },{ 10.54,   0.4533, 159.3,   4.832,    2.529
541   },{ 10.33,   0.4502, 162.0,   5.132,    2.444
542   },{ 10.15,   0.4471, 165.6,   5.378,    2.328
543       // Z= 61-70
544   },{ 9.976,   0.4439, 168.0,   5.721,    2.258
545   },{ 9.804,   0.4408, 176.2,   5.675,    1.997
546   },{ 14.22,   0.363,  228.4,   7.024,    1.016
547   },{ 9.952,   0.4318, 233.5,   5.065,    0.9244
548   },{ 9.272,   0.4345, 210.0,   4.911,    1.258
549   },{ 10.13,   0.4146, 225.7,   5.525,    1.055
550   },{ 8.949,   0.4304, 213.3,   5.071,    1.221
551   },{ 11.94,   0.3783, 247.2,   6.655,    0.849
552   },{ 8.472,   0.4405, 195.5,   4.051,    1.604
553   },{ 8.301,   0.4399, 203.7,   3.667,    1.459
554       // Z= 71-80
555   },{ 6.567,   0.4858, 193.0,   2.65,     1.66
556   },{ 5.951,   0.5016, 196.1,   2.662,    1.589
557   },{ 7.495,   0.4523, 251.4,   3.433,    0.8619
558   },{ 6.335,   0.4825, 255.1,   2.834,    0.8228
559   },{ 4.314,   0.5558, 214.8,   2.354,    1.263
560   },{ 4.02,    0.5681, 219.9,   2.402,    1.191
561   },{ 3.836,   0.5765, 210.2,   2.742,    1.305
562   },{ 4.68,    0.5247, 244.7,   2.749,    0.8962
563   },{ 2.892,   0.6204, 208.6,   2.415,    1.416 //Au Z77
564       // },{ 3.223,   0.5883, 232.7,   2.954,    1.05  //Au ICRU
565   },{ 2.892,   0.6204, 208.6,   2.415,    1.416
566       // Z= 81-90
567   },{ 4.728,   0.5522, 217.0,   3.091,    1.386
568   },{ 6.18,    0.52,   170.0,   4.0,      3.224
569   },{ 9.0,     0.47,   198.0,   3.8,      2.032
570   },{ 2.324,   0.6997, 216.0,   1.599,    1.399
571   },{ 1.961,   0.7286, 223.0,   1.621,    1.296
572   },{ 1.75,    0.7427, 350.1,   0.9789,   0.5507
573   },{ 10.31,   0.4613, 261.2,   4.738,    0.9899
574   },{ 7.962,   0.519,  235.7,   4.347,    1.313
575   },{ 6.227,   0.5645, 231.9,   3.961,    1.379
576   },{ 5.246,   0.5947, 228.6,   4.027,    1.432
577       // Z= 91-92
578   },{ 5.408,   0.5811, 235.7,   3.961,    1.358
579   },{ 5.218,   0.5828, 245.0,   3.838,    1.25}
580  };
581
582  // Free electron gas model
583  if ( T < 0.001 ) {
584    G4double slow  = a[i][0] ;
585    G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]*1000.0 + a[i][4]*0.001 )
586                   * a[i][2]*1000.0 ;
587    ionloss  = slow*shigh / (slow + shigh) ;
588    ionloss *= sqrt(T*1000.0) ;
589
590  // Main parametrisation
591  } else {
592    G4double slow  = a[i][0] * pow((T*1000.0), a[i][1]) ;
593    G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
594    ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;
595    /*
596    G4cout << "## " << i << ". T= " << T << " slow= " << slow
597           << " a0= " << a[i][0] << " a1= " << a[i][1]
598           << " shigh= " << shigh
599           << " dedx= " << ionloss << " q^2= " <<  HeEffChargeSquare(z, T*MeV)
600           << G4endl;
601    */
602  }
603  if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
604
605  // He effective charge
606  ionloss /= HeEffChargeSquare(z, T);
607
608  return ionloss;
609}
610
611//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
612
613G4double G4BraggIonModel::DEDX(const G4Material* material,
614                                     G4double kineticEnergy)
615{
616  G4double eloss = 0.0;
617  const G4int numberOfElements = material->GetNumberOfElements();
618  const G4double* theAtomicNumDensityVector =
619                                 material->GetAtomicNumDensityVector();
620
621  // compaund material with parametrisation
622  G4int iNist = astar.GetIndex(material);
623
624  if( iNist >= 0 ) {
625    G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p;
626    return astar.GetElectronicDEDX(iNist, T)*material->GetDensity()/
627      HeEffChargeSquare(astar.GetEffectiveZ(iNist), T/MeV);
628
629  } else if( HasMaterial(material) ) {
630
631    eloss = StoppingPower(material, kineticEnergy)*
632      material->GetDensity()/amu;
633
634  // pure material
635  } else if(1 == numberOfElements) {
636
637    G4double z = material->GetZ();
638    eloss = ElectronicStoppingPower(z, kineticEnergy)
639                               * (material->GetTotNbOfAtomsPerVolume());
640
641  // Brugg's rule calculation
642  } else {
643    const G4ElementVector* theElementVector =
644                           material->GetElementVector() ;
645
646    //  loop for the elements in the material
647    for (G4int i=0; i<numberOfElements; i++)
648    {
649      const G4Element* element = (*theElementVector)[i] ;
650      eloss   += ElectronicStoppingPower(element->GetZ(), kineticEnergy)
651                                   * theAtomicNumDensityVector[i];
652    }
653  }
654  return eloss*theZieglerFactor;
655}
656
657//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
658
659G4double G4BraggIonModel::HeEffChargeSquare(G4double z, 
660                                            G4double kinEnergyHeInMeV) const
661{
662  // The aproximation of He effective charge from:
663  // J.F.Ziegler, J.P. Biersack, U. Littmark
664  // The Stopping and Range of Ions in Matter,
665  // Vol.1, Pergamon Press, 1985
666
667  static G4double c[6] = {0.2865,  0.1266, -0.001429,
668                          0.02402,-0.01135, 0.001475};
669
670  G4double e = std::max(0.0,std::log(kinEnergyHeInMeV*massFactor));
671  G4double x = c[0] ;
672  G4double y = 1.0 ;
673  for (G4int i=1; i<6; i++) {
674    y *= e ;
675    x += y * c[i] ;
676  }
677
678  G4double w = 7.6 -  e ;
679  w = 1.0 + (0.007 + 0.00005*z) * exp( -w*w ) ;
680  w = 4.0 * (1.0 - exp(-x)) * w * w ;
681
682  return w;
683}
684
685//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
686
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.