source: trunk/source/processes/electromagnetic/standard/src/G4BraggIonModel.cc @ 1315

Last change on this file since 1315 was 1228, checked in by garnier, 14 years ago

update geant4.9.3 tag
File size: 24.0 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 1.27 2009/11/22 18:00:23 vnivanch Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-03 $
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  //G4cout << "G4BraggIonModel::GetChargeSquareRatio e= " <<  kineticEnergy << G4endl;
139  // this method is called only for ions
140  G4double q2 = corr->EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kineticEnergy);
141  corrFactor  = q2*corr->EffectiveChargeCorrection(p,mat,kineticEnergy); 
142  return corrFactor;
143}
144
145//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
146
147G4double G4BraggIonModel::GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition* p,
148                                            const G4Material* mat,
149                                            G4double kineticEnergy)
150{
151  //G4cout << "G4BraggIonModel::GetParticleCharge e= " <<  kineticEnergy << G4endl;
152  // this method is called only for ions
153  return corr->GetParticleCharge(p,mat,kineticEnergy);
154}
155
156//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
157
158G4double G4BraggIonModel::ComputeCrossSectionPerElectron(
159                                           const G4ParticleDefinition* p,
160                                                 G4double kineticEnergy,
161                                                 G4double cutEnergy,
162                                                 G4double maxKinEnergy)
163{
164  G4double cross     = 0.0;
165  G4double tmax      = MaxSecondaryEnergy(p, kineticEnergy);
166  G4double maxEnergy = std::min(tmax,maxKinEnergy);
167  if(cutEnergy < tmax) {
168
169    G4double energy  = kineticEnergy + mass;
170    G4double energy2 = energy*energy;
171    G4double beta2   = kineticEnergy*(kineticEnergy + 2.0*mass)/energy2;
172    cross = 1.0/cutEnergy - 1.0/maxEnergy - beta2*log(maxEnergy/cutEnergy)/tmax;
173
174    cross *= twopi_mc2_rcl2*chargeSquare/beta2;
175  }
176 //   G4cout << "BR: e= " << kineticEnergy << " tmin= " << cutEnergy
177 //          << " tmax= " << tmax << " cross= " << cross << G4endl;
178 
179  return cross;
180}
181
182//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
183
184G4double G4BraggIonModel::ComputeCrossSectionPerAtom(
185                                           const G4ParticleDefinition* p,
186                                                 G4double kineticEnergy,
187                                                 G4double Z, G4double,
188                                                 G4double cutEnergy,
189                                                 G4double maxEnergy)
190{
191  G4double cross = Z*ComputeCrossSectionPerElectron
192                                         (p,kineticEnergy,cutEnergy,maxEnergy);
193  return cross;
194}
195
196//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
197
198G4double G4BraggIonModel::CrossSectionPerVolume(
199                                           const G4Material* material,
200                                           const G4ParticleDefinition* p,
201                                                 G4double kineticEnergy,
202                                                 G4double cutEnergy,
203                                                 G4double maxEnergy)
204{
205  G4double eDensity = material->GetElectronDensity();
206  G4double cross = eDensity*ComputeCrossSectionPerElectron
207                                         (p,kineticEnergy,cutEnergy,maxEnergy);
208  return cross;
209}
210
211//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
212
213G4double G4BraggIonModel::ComputeDEDXPerVolume(const G4Material* material,
214                                               const G4ParticleDefinition* p,
215                                               G4double kineticEnergy,
216                                               G4double cutEnergy)
217{
218  G4double tmax  = MaxSecondaryEnergy(p, kineticEnergy);
219  G4double tmin  = min(cutEnergy, tmax);
220  G4double tkin  = kineticEnergy/massRate;
221  G4double dedx  = 0.0;
222  if(tkin > lowestKinEnergy) dedx = DEDX(material, tkin);
223  else      dedx = DEDX(material, lowestKinEnergy)*sqrt(tkin/lowestKinEnergy);
224
225  if (cutEnergy < tmax) {
226
227    G4double tau   = kineticEnergy/mass;
228    G4double gam   = tau + 1.0;
229    G4double bg2   = tau * (tau+2.0);
230    G4double beta2 = bg2/(gam*gam);
231    G4double x     = tmin/tmax;
232
233    dedx += (log(x) + (1.0 - x)*beta2) * twopi_mc2_rcl2
234          * (material->GetElectronDensity())/beta2;
235  }
236
237  // now compute the total ionization loss
238
239  if (dedx < 0.0) dedx = 0.0 ;
240
241  dedx *= chargeSquare;
242
243  //G4cout << " tkin(MeV) = " << tkin/MeV << " dedx(MeVxcm^2/g) = "
244  //       << dedx*gram/(MeV*cm2*material->GetDensity())
245  //       << " q2 = " << chargeSquare <<  G4endl;
246
247  return dedx;
248}
249
250//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
251
252void G4BraggIonModel::CorrectionsAlongStep(const G4MaterialCutsCouple* couple,
253                                           const G4DynamicParticle* dp,
254                                           G4double& eloss,
255                                           G4double&,
256                                           G4double /*length*/)
257{
258  // this method is called only for ions
259  const G4ParticleDefinition* p = dp->GetDefinition();
260  const G4Material* mat = couple->GetMaterial();
261  G4double preKinEnergy = dp->GetKineticEnergy();
262  G4double e = preKinEnergy - eloss*0.5;
263  if(e < 0.0) e = preKinEnergy*0.5;
264
265  G4double q2 = corr->EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,e);
266  GetModelOfFluctuations()->SetParticleAndCharge(p, q2);
267  G4double qfactor = q2*corr->EffectiveChargeCorrection(p,mat,e)/corrFactor; 
268  eloss *= qfactor; 
269
270  //G4cout << "G4BraggIonModel::CorrectionsAlongStep e= " <<  e
271  //     << " qfactor= " << qfactor << " " << p->GetParticleName() <<G4endl;
272}
273
274//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
275
276void G4BraggIonModel::SampleSecondaries(std::vector<G4DynamicParticle*>* vdp,
277                                        const G4MaterialCutsCouple*,
278                                        const G4DynamicParticle* dp,
279                                        G4double xmin,
280                                        G4double maxEnergy)
281{
282  G4double tmax = MaxSecondaryKinEnergy(dp);
283  G4double xmax = std::min(tmax, maxEnergy);
284  if(xmin >= xmax) return;
285
286  G4double kineticEnergy = dp->GetKineticEnergy();
287  G4double energy  = kineticEnergy + mass;
288  G4double energy2 = energy*energy;
289  G4double beta2   = kineticEnergy*(kineticEnergy + 2.0*mass)/energy2;
290  G4double grej    = 1.0;
291  G4double deltaKinEnergy, f;
292
293  G4ThreeVector direction = dp->GetMomentumDirection();
294
295  // sampling follows ...
296  do {
297    G4double q = G4UniformRand();
298    deltaKinEnergy = xmin*xmax/(xmin*(1.0 - q) + xmax*q);
299
300    f = 1.0 - beta2*deltaKinEnergy/tmax;
301
302    if(f > grej) {
303        G4cout << "G4BraggIonModel::SampleSecondary Warning! "
304               << "Majorant " << grej << " < "
305               << f << " for e= " << deltaKinEnergy
306               << G4endl;
307    }
308
309  } while( grej*G4UniformRand() >= f );
310
311  G4double deltaMomentum =
312           sqrt(deltaKinEnergy * (deltaKinEnergy + 2.0*electron_mass_c2));
313  G4double totMomentum = energy*sqrt(beta2);
314  G4double cost = deltaKinEnergy * (energy + electron_mass_c2) /
315                                   (deltaMomentum * totMomentum);
316  if(cost > 1.0) cost = 1.0;
317  G4double sint = sqrt((1.0 - cost)*(1.0 + cost));
318
319  G4double phi = twopi * G4UniformRand() ;
320
321  G4ThreeVector deltaDirection(sint*cos(phi),sint*sin(phi), cost) ;
322  deltaDirection.rotateUz(direction);
323
324  // create G4DynamicParticle object for delta ray
325  G4DynamicParticle* delta = new G4DynamicParticle(theElectron,deltaDirection,
326                                                   deltaKinEnergy);
327
328  vdp->push_back(delta);
329
330  // Change kinematics of primary particle
331  kineticEnergy       -= deltaKinEnergy;
332  G4ThreeVector finalP = direction*totMomentum - deltaDirection*deltaMomentum;
333  finalP               = finalP.unit();
334
335  fParticleChange->SetProposedKineticEnergy(kineticEnergy);
336  fParticleChange->SetProposedMomentumDirection(finalP);
337}
338
339//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
340
341G4double G4BraggIonModel::MaxSecondaryEnergy(const G4ParticleDefinition* pd,
342                                             G4double kinEnergy)
343{
344  if(pd != particle) SetParticle(pd);
345  G4double tau  = kinEnergy/mass;
346  G4double tmax = 2.0*electron_mass_c2*tau*(tau + 2.) /
347                  (1. + 2.0*(tau + 1.)*ratio + ratio*ratio);
348  return tmax;
349}
350
351//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
352
353G4bool G4BraggIonModel::HasMaterial(const G4Material* material)
354{
355  const size_t numberOfMolecula = 11 ;
356  SetMoleculaNumber(numberOfMolecula) ;
357  G4String chFormula = material->GetChemicalFormula() ;
358
359  // ICRU Report N49, 1993. Ziegler model for He.
360  static G4String molName[numberOfMolecula] = {
361    "CaF_2",  "Cellulose_Nitrate",  "LiF", "Policarbonate", 
362    "(C_2H_4)_N-Polyethylene",  "(C_2H_4)_N-Polymethly_Methacralate",
363    "Polysterene", "SiO_2", "NaI", "H_2O",
364    "Graphite" } ;
365
366  // Search for the material in the table
367  for (size_t i=0; i<numberOfMolecula; i++) {
368      if (chFormula == molName[i]) {
369        SetMoleculaNumber(i) ;
370        return true ;
371      }
372  }
373  return false ;
374}
375
376//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
377
378G4double G4BraggIonModel::StoppingPower(const G4Material* material,
379                                        G4double kineticEnergy) 
380{
381  G4double ionloss = 0.0 ;
382
383  if (iMolecula < 11) {
384 
385    // The data and the fit from:
386    // ICRU Report N49, 1993. Ziegler's model for alpha
387    // He energy in internal units of parametrisation formula (MeV)
388
389    G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p/MeV ;
390
391    static G4double a[11][5] = {
392       {9.43672, 0.54398, 84.341, 1.3705, 57.422},
393       {67.1503, 0.41409, 404.512, 148.97, 20.99},
394       {5.11203, 0.453,  36.718,  50.6,  28.058}, 
395       {61.793, 0.48445, 361.537, 57.889, 50.674},
396       {7.83464, 0.49804, 160.452, 3.192, 0.71922},
397       {19.729, 0.52153, 162.341, 58.35, 25.668}, 
398       {26.4648, 0.50112, 188.913, 30.079, 16.509},
399       {7.8655, 0.5205, 63.96, 51.32, 67.775},
400       {8.8965, 0.5148, 339.36, 1.7205, 0.70423},
401       {2.959, 0.53255, 34.247, 60.655, 15.153}, 
402       {3.80133, 0.41590, 12.9966, 117.83, 242.28} };   
403
404    static G4double atomicWeight[11] = {
405       101.96128, 44.0098, 16.0426, 28.0536, 42.0804,
406       104.1512, 44.665, 60.0843, 18.0152, 18.0152, 12.0};       
407
408    G4int i = iMolecula;
409
410    // Free electron gas model
411    if ( T < 0.001 ) {
412      G4double slow  = a[i][0] ;
413      G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]*1000.0 + a[i][4]*0.001 )
414         * a[i][2]*1000.0 ;
415      ionloss  = slow*shigh / (slow + shigh) ;
416      ionloss *= sqrt(T*1000.0) ;
417
418      // Main parametrisation
419    } else {
420      G4double slow  = a[i][0] * pow((T*1000.0), a[i][1]) ;
421      G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
422      ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;
423       /*
424         G4cout << "## " << i << ". T= " << T << " slow= " << slow
425         << " a0= " << a[i][0] << " a1= " << a[i][1]
426         << " shigh= " << shigh
427         << " dedx= " << ionloss << " q^2= " <<  HeEffChargeSquare(z, T*MeV)
428         << G4endl;
429       */
430    }
431    if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
432
433    // He effective charge
434    G4double aa = atomicWeight[iMolecula];
435    ionloss /= (HeEffChargeSquare(0.5*aa, T)*aa);
436
437  // pure material (normally not the case for this function)
438  } else if(1 == (material->GetNumberOfElements())) {
439    G4double z = material->GetZ() ;
440    ionloss = ElectronicStoppingPower( z, kineticEnergy ) ; 
441  }
442 
443  return ionloss;
444}
445
446//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
447
448G4double G4BraggIonModel::ElectronicStoppingPower(G4double z,
449                                                  G4double kineticEnergy) const
450{
451  G4double ionloss ;
452  G4int i = G4int(z)-1 ;  // index of atom
453  if(i < 0)  i = 0 ;
454  if(i > 91) i = 91 ;
455
456  // The data and the fit from:
457  // ICRU Report 49, 1993. Ziegler's type of parametrisations.
458  // Proton kinetic energy for parametrisation (keV/amu)
459
460   // He energy in internal units of parametrisation formula (MeV)
461  G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p/MeV ;
462
463  static G4double a[92][5] = {
464    {0.35485, 0.6456, 6.01525,  20.8933, 4.3515
465   },{ 0.58,    0.59,   6.3,     130.0,   44.07
466   },{ 1.42,    0.49,   12.25,    32.0,    9.161
467   },{ 2.206,   0.51,   15.32,    0.25,    8.995 //Be Ziegler77
468       // },{ 2.1895,  0.47183,7.2362,   134.30,  197.96 //Be from ICRU
469   },{ 3.691,   0.4128, 18.48,    50.72,   9.0
470   },{ 3.83523, 0.42993,12.6125,  227.41,  188.97
471   },{ 1.9259,  0.5550, 27.15125, 26.0665, 6.2768
472   },{ 2.81015, 0.4759, 50.0253,  10.556,  1.0382
473   },{ 1.533,   0.531,  40.44,    18.41,   2.718
474   },{ 2.303,   0.4861, 37.01,    37.96,   5.092
475       // Z= 11-20
476   },{ 9.894,   0.3081, 23.65,    0.384,   92.93
477   },{ 4.3,     0.47,   34.3,     3.3,     12.74
478   },{ 2.5,     0.625,  45.7,     0.1,     4.359
479   },{ 2.1,     0.65,   49.34,    1.788,   4.133
480   },{ 1.729,   0.6562, 53.41,    2.405,   3.845
481   },{ 1.402,   0.6791, 58.98,    3.528,   3.211
482   },{ 1.117,   0.7044, 69.69,    3.705,    2.156
483   },{ 2.291,   0.6284, 73.88,    4.478,    2.066
484   },{ 8.554,   0.3817, 83.61,    11.84,    1.875
485   },{ 6.297,   0.4622, 65.39,    10.14,    5.036
486       // Z= 21-30     
487   },{ 5.307,   0.4918, 61.74,    12.4,    6.665
488   },{ 4.71,    0.5087, 65.28,    8.806,    5.948
489   },{ 6.151,   0.4524, 83.0,    18.31,    2.71
490   },{ 6.57,    0.4322, 84.76,    15.53,    2.779
491   },{ 5.738,   0.4492, 84.6,    14.18,    3.101
492   },{ 5.013,   0.4707, 85.8,    16.55,    3.211
493   },{ 4.32,    0.4947, 76.14,    10.85,    5.441
494   },{ 4.652,   0.4571, 80.73,    22.0,    4.952
495   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    6.385
496   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    7.502
497       // Z= 31-40
498   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    8.514
499   },{ 5.746,   0.4662, 79.24,    1.185,    7.993
500   },{ 2.792,   0.6346, 106.1,    0.2986,   2.331
501   },{ 4.667,   0.5095, 124.3,    2.102,    1.667
502   },{ 2.44,    0.6346, 105.0,    0.83,    2.851
503   },{ 1.413,   0.7377, 147.9,    1.466,    1.016
504   },{ 11.72,   0.3826, 102.8,    9.231,    4.371
505   },{ 7.126,   0.4804, 119.3,    5.784,    2.454
506   },{ 11.61,   0.3955, 146.7,    7.031,    1.423
507   },{ 10.99,   0.41,   163.9,   7.1,      1.052
508       // Z= 41-50
509   },{ 9.241,   0.4275, 163.1,    7.954,    1.102
510   },{ 9.276,   0.418,  157.1,   8.038,    1.29
511   },{ 3.999,   0.6152, 97.6,    1.297,    5.792
512   },{ 4.306,   0.5658, 97.99,    5.514,    5.754
513   },{ 3.615,   0.6197, 86.26,    0.333,    8.689
514   },{ 5.8,     0.49,   147.2,   6.903,    1.289
515   },{ 5.6,     0.49,   130.0,   10.0,     2.844
516   },{ 3.55,    0.6068, 124.7,    1.112,    3.119
517   },{ 3.6,     0.62,   105.8,   0.1692,   6.026
518   },{ 5.4,     0.53,   103.1,   3.931,    7.767
519       // Z= 51-60
520   },{ 3.97,    0.6459, 131.8,    0.2233,   2.723
521   },{ 3.65,    0.64,   126.8,   0.6834,   3.411
522   },{ 3.118,   0.6519, 164.9,    1.208,    1.51
523   },{ 3.949,   0.6209, 200.5,    1.878,    0.9126
524   },{ 14.4,    0.3923, 152.5,    8.354,    2.597
525   },{ 10.99,   0.4599, 138.4,    4.811,    3.726
526   },{ 16.6,    0.3773, 224.1,    6.28,    0.9121
527   },{ 10.54,   0.4533, 159.3,   4.832,    2.529
528   },{ 10.33,   0.4502, 162.0,   5.132,    2.444
529   },{ 10.15,   0.4471, 165.6,   5.378,    2.328
530       // Z= 61-70
531   },{ 9.976,   0.4439, 168.0,   5.721,    2.258
532   },{ 9.804,   0.4408, 176.2,   5.675,    1.997
533   },{ 14.22,   0.363,  228.4,   7.024,    1.016
534   },{ 9.952,   0.4318, 233.5,   5.065,    0.9244
535   },{ 9.272,   0.4345, 210.0,   4.911,    1.258
536   },{ 10.13,   0.4146, 225.7,   5.525,    1.055
537   },{ 8.949,   0.4304, 213.3,   5.071,    1.221
538   },{ 11.94,   0.3783, 247.2,   6.655,    0.849
539   },{ 8.472,   0.4405, 195.5,   4.051,    1.604
540   },{ 8.301,   0.4399, 203.7,   3.667,    1.459
541       // Z= 71-80
542   },{ 6.567,   0.4858, 193.0,   2.65,     1.66
543   },{ 5.951,   0.5016, 196.1,   2.662,    1.589
544   },{ 7.495,   0.4523, 251.4,   3.433,    0.8619
545   },{ 6.335,   0.4825, 255.1,   2.834,    0.8228
546   },{ 4.314,   0.5558, 214.8,   2.354,    1.263
547   },{ 4.02,    0.5681, 219.9,   2.402,    1.191
548   },{ 3.836,   0.5765, 210.2,   2.742,    1.305
549   },{ 4.68,    0.5247, 244.7,   2.749,    0.8962
550   },{ 2.892,   0.6204, 208.6,   2.415,    1.416 //Au Z77
551       // },{ 3.223,   0.5883, 232.7,   2.954,    1.05  //Au ICRU
552   },{ 2.892,   0.6204, 208.6,   2.415,    1.416
553       // Z= 81-90
554   },{ 4.728,   0.5522, 217.0,   3.091,    1.386
555   },{ 6.18,    0.52,   170.0,   4.0,      3.224
556   },{ 9.0,     0.47,   198.0,   3.8,      2.032
557   },{ 2.324,   0.6997, 216.0,   1.599,    1.399
558   },{ 1.961,   0.7286, 223.0,   1.621,    1.296
559   },{ 1.75,    0.7427, 350.1,   0.9789,   0.5507
560   },{ 10.31,   0.4613, 261.2,   4.738,    0.9899
561   },{ 7.962,   0.519,  235.7,   4.347,    1.313
562   },{ 6.227,   0.5645, 231.9,   3.961,    1.379
563   },{ 5.246,   0.5947, 228.6,   4.027,    1.432
564       // Z= 91-92
565   },{ 5.408,   0.5811, 235.7,   3.961,    1.358
566   },{ 5.218,   0.5828, 245.0,   3.838,    1.25}
567  };
568
569  // Free electron gas model
570  if ( T < 0.001 ) {
571    G4double slow  = a[i][0] ;
572    G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]*1000.0 + a[i][4]*0.001 )
573                   * a[i][2]*1000.0 ;
574    ionloss  = slow*shigh / (slow + shigh) ;
575    ionloss *= sqrt(T*1000.0) ;
576
577  // Main parametrisation
578  } else {
579    G4double slow  = a[i][0] * pow((T*1000.0), a[i][1]) ;
580    G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
581    ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;
582    /*
583    G4cout << "## " << i << ". T= " << T << " slow= " << slow
584           << " a0= " << a[i][0] << " a1= " << a[i][1]
585           << " shigh= " << shigh
586           << " dedx= " << ionloss << " q^2= " <<  HeEffChargeSquare(z, T*MeV)
587           << G4endl;
588    */
589  }
590  if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
591
592  // He effective charge
593  ionloss /= HeEffChargeSquare(z, T);
594
595  return ionloss;
596}
597
598//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
599
600G4double G4BraggIonModel::DEDX(const G4Material* material,
601                                     G4double kineticEnergy)
602{
603  G4double eloss = 0.0;
604  const G4int numberOfElements = material->GetNumberOfElements();
605  const G4double* theAtomicNumDensityVector =
606                                 material->GetAtomicNumDensityVector();
607
608  // compaund material with parametrisation
609  G4int iNist = astar.GetIndex(material);
610
611  if( iNist >= 0 ) {
612    G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p;
613    return astar.GetElectronicDEDX(iNist, T)*material->GetDensity()/
614      HeEffChargeSquare(astar.GetEffectiveZ(iNist), T/MeV);
615
616  } else if( HasMaterial(material) ) {
617
618    eloss = StoppingPower(material, kineticEnergy)*
619      material->GetDensity()/amu;
620
621  // pure material
622  } else if(1 == numberOfElements) {
623
624    G4double z = material->GetZ();
625    eloss = ElectronicStoppingPower(z, kineticEnergy)
626                               * (material->GetTotNbOfAtomsPerVolume());
627
628  // Brugg's rule calculation
629  } else {
630    const G4ElementVector* theElementVector =
631                           material->GetElementVector() ;
632
633    //  loop for the elements in the material
634    for (G4int i=0; i<numberOfElements; i++)
635    {
636      const G4Element* element = (*theElementVector)[i] ;
637      eloss   += ElectronicStoppingPower(element->GetZ(), kineticEnergy)
638                                   * theAtomicNumDensityVector[i];
639    }
640  }
641  return eloss*theZieglerFactor;
642}
643
644//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
645
646G4double G4BraggIonModel::HeEffChargeSquare(G4double z, 
647                                            G4double kinEnergyHeInMeV) const
648{
649  // The aproximation of He effective charge from:
650  // J.F.Ziegler, J.P. Biersack, U. Littmark
651  // The Stopping and Range of Ions in Matter,
652  // Vol.1, Pergamon Press, 1985
653
654  static G4double c[6] = {0.2865,  0.1266, -0.001429,
655                          0.02402,-0.01135, 0.001475};
656
657  G4double e = std::max(0.0,std::log(kinEnergyHeInMeV*massFactor));
658  G4double x = c[0] ;
659  G4double y = 1.0 ;
660  for (G4int i=1; i<6; i++) {
661    y *= e ;
662    x += y * c[i] ;
663  }
664
665  G4double w = 7.6 -  e ;
666  w = 1.0 + (0.007 + 0.00005*z) * exp( -w*w ) ;
667  w = 4.0 * (1.0 - exp(-x)) * w * w ;
668
669  return w;
670}
671
672//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
673
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.