source: trunk/source/processes/electromagnetic/standard/src/G4BraggIonModel.cc @ 1340

Last change on this file since 1340 was 1340, checked in by garnier, 14 years ago

update ti head
File size: 24.1 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 1.30 2010/11/04 17:30:31 vnivanch Exp $
27// GEANT4 tag $Name: emstand-V09-03-25 $
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  SetHighEnergyLimit(2.0*MeV);
84
85  HeMass           = 3.727417*GeV;
86  rateMassHe2p     = HeMass/proton_mass_c2;
87  lowestKinEnergy  = 1.0*keV/rateMassHe2p;
88  massFactor       = 1000.*amu_c2/HeMass;
89  theZieglerFactor = eV*cm2*1.0e-15;
90  theElectron      = G4Electron::Electron();
91  corrFactor       = 1.0;
92  if(p) { SetParticle(p); }
93  else  { SetParticle(theElectron); }
94}
95
96//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
97
98G4BraggIonModel::~G4BraggIonModel()
99{}
100
101//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
102
103G4double G4BraggIonModel::MinEnergyCut(const G4ParticleDefinition*,
104                                       const G4MaterialCutsCouple* couple)
105{
106  return couple->GetMaterial()->GetIonisation()->GetMeanExcitationEnergy();
107}
108
109//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
110
111void G4BraggIonModel::Initialise(const G4ParticleDefinition* p,
112                                 const G4DataVector&)
113{
114  if(p != particle) { SetParticle(p); }
115
116  corrFactor = chargeSquare;
117
118  // always false before the run
119  SetDeexcitationFlag(false);
120
121  if(!isInitialised) {
122    isInitialised = true;
123
124    G4String pname = particle->GetParticleName();
125    if(particle->GetParticleType() == "nucleus" &&
126       pname != "deuteron" && pname != "triton") { isIon = true; }
127
128    corr = G4LossTableManager::Instance()->EmCorrections();
129
130    fParticleChange = GetParticleChangeForLoss();
131  }
132}
133
134//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
135
136G4double G4BraggIonModel::GetChargeSquareRatio(const G4ParticleDefinition* p,
137                                               const G4Material* mat,
138                                               G4double kineticEnergy)
139{
140  //G4cout << "G4BraggIonModel::GetChargeSquareRatio e= " <<  kineticEnergy << G4endl;
141  // this method is called only for ions
142  G4double q2 = corr->EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kineticEnergy);
143  corrFactor  = q2*corr->EffectiveChargeCorrection(p,mat,kineticEnergy); 
144  return corrFactor;
145}
146
147//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
148
149G4double G4BraggIonModel::GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition* p,
150                                            const G4Material* mat,
151                                            G4double kineticEnergy)
152{
153  //G4cout << "G4BraggIonModel::GetParticleCharge e= " <<  kineticEnergy << G4endl;
154  // this method is called only for ions
155  return corr->GetParticleCharge(p,mat,kineticEnergy);
156}
157
158//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
159
160G4double G4BraggIonModel::ComputeCrossSectionPerElectron(
161                                           const G4ParticleDefinition* p,
162                                                 G4double kineticEnergy,
163                                                 G4double cutEnergy,
164                                                 G4double maxKinEnergy)
165{
166  G4double cross     = 0.0;
167  G4double tmax      = MaxSecondaryEnergy(p, kineticEnergy);
168  G4double maxEnergy = std::min(tmax,maxKinEnergy);
169  if(cutEnergy < tmax) {
170
171    G4double energy  = kineticEnergy + mass;
172    G4double energy2 = energy*energy;
173    G4double beta2   = kineticEnergy*(kineticEnergy + 2.0*mass)/energy2;
174    cross = 1.0/cutEnergy - 1.0/maxEnergy - beta2*log(maxEnergy/cutEnergy)/tmax;
175
176    cross *= twopi_mc2_rcl2*chargeSquare/beta2;
177  }
178 //   G4cout << "BR: e= " << kineticEnergy << " tmin= " << cutEnergy
179 //          << " tmax= " << tmax << " cross= " << cross << G4endl;
180 
181  return cross;
182}
183
184//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
185
186G4double G4BraggIonModel::ComputeCrossSectionPerAtom(
187                                           const G4ParticleDefinition* p,
188                                                 G4double kineticEnergy,
189                                                 G4double Z, G4double,
190                                                 G4double cutEnergy,
191                                                 G4double maxEnergy)
192{
193  G4double cross = Z*ComputeCrossSectionPerElectron
194                                         (p,kineticEnergy,cutEnergy,maxEnergy);
195  return cross;
196}
197
198//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
199
200G4double G4BraggIonModel::CrossSectionPerVolume(
201                                           const G4Material* material,
202                                           const G4ParticleDefinition* p,
203                                                 G4double kineticEnergy,
204                                                 G4double cutEnergy,
205                                                 G4double maxEnergy)
206{
207  G4double eDensity = material->GetElectronDensity();
208  G4double cross = eDensity*ComputeCrossSectionPerElectron
209                                         (p,kineticEnergy,cutEnergy,maxEnergy);
210  return cross;
211}
212
213//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
214
215G4double G4BraggIonModel::ComputeDEDXPerVolume(const G4Material* material,
216                                               const G4ParticleDefinition* p,
217                                               G4double kineticEnergy,
218                                               G4double cutEnergy)
219{
220  G4double tmax  = MaxSecondaryEnergy(p, kineticEnergy);
221  G4double tmin  = min(cutEnergy, tmax);
222  G4double tkin  = kineticEnergy/massRate;
223  G4double dedx  = 0.0;
224  if(tkin > lowestKinEnergy) dedx = DEDX(material, tkin);
225  else      dedx = DEDX(material, lowestKinEnergy)*sqrt(tkin/lowestKinEnergy);
226
227  if (cutEnergy < tmax) {
228
229    G4double tau   = kineticEnergy/mass;
230    G4double gam   = tau + 1.0;
231    G4double bg2   = tau * (tau+2.0);
232    G4double beta2 = bg2/(gam*gam);
233    G4double x     = tmin/tmax;
234
235    dedx += (log(x) + (1.0 - x)*beta2) * twopi_mc2_rcl2
236          * (material->GetElectronDensity())/beta2;
237  }
238
239  // now compute the total ionization loss
240
241  if (dedx < 0.0) dedx = 0.0 ;
242
243  dedx *= chargeSquare;
244
245  //G4cout << " tkin(MeV) = " << tkin/MeV << " dedx(MeVxcm^2/g) = "
246  //       << dedx*gram/(MeV*cm2*material->GetDensity())
247  //       << " q2 = " << chargeSquare <<  G4endl;
248
249  return dedx;
250}
251
252//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
253
254void G4BraggIonModel::CorrectionsAlongStep(const G4MaterialCutsCouple* couple,
255                                           const G4DynamicParticle* dp,
256                                           G4double& eloss,
257                                           G4double&,
258                                           G4double /*length*/)
259{
260  // this method is called only for ions
261  const G4ParticleDefinition* p = dp->GetDefinition();
262  const G4Material* mat = couple->GetMaterial();
263  G4double preKinEnergy = dp->GetKineticEnergy();
264  G4double e = preKinEnergy - eloss*0.5;
265  if(e < 0.0) e = preKinEnergy*0.5;
266
267  G4double q2 = corr->EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,e);
268  GetModelOfFluctuations()->SetParticleAndCharge(p, q2);
269  G4double qfactor = q2*corr->EffectiveChargeCorrection(p,mat,e)/corrFactor; 
270  eloss *= qfactor; 
271
272  //G4cout << "G4BraggIonModel::CorrectionsAlongStep e= " <<  e
273  //     << " qfactor= " << qfactor << " " << p->GetParticleName() <<G4endl;
274}
275
276//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
277
278void G4BraggIonModel::SampleSecondaries(std::vector<G4DynamicParticle*>* vdp,
279                                        const G4MaterialCutsCouple*,
280                                        const G4DynamicParticle* dp,
281                                        G4double xmin,
282                                        G4double maxEnergy)
283{
284  G4double tmax = MaxSecondaryKinEnergy(dp);
285  G4double xmax = std::min(tmax, maxEnergy);
286  if(xmin >= xmax) return;
287
288  G4double kineticEnergy = dp->GetKineticEnergy();
289  G4double energy  = kineticEnergy + mass;
290  G4double energy2 = energy*energy;
291  G4double beta2   = kineticEnergy*(kineticEnergy + 2.0*mass)/energy2;
292  G4double grej    = 1.0;
293  G4double deltaKinEnergy, f;
294
295  G4ThreeVector direction = dp->GetMomentumDirection();
296
297  // sampling follows ...
298  do {
299    G4double q = G4UniformRand();
300    deltaKinEnergy = xmin*xmax/(xmin*(1.0 - q) + xmax*q);
301
302    f = 1.0 - beta2*deltaKinEnergy/tmax;
303
304    if(f > grej) {
305        G4cout << "G4BraggIonModel::SampleSecondary Warning! "
306               << "Majorant " << grej << " < "
307               << f << " for e= " << deltaKinEnergy
308               << G4endl;
309    }
310
311  } while( grej*G4UniformRand() >= f );
312
313  G4double deltaMomentum =
314           sqrt(deltaKinEnergy * (deltaKinEnergy + 2.0*electron_mass_c2));
315  G4double totMomentum = energy*sqrt(beta2);
316  G4double cost = deltaKinEnergy * (energy + electron_mass_c2) /
317                                   (deltaMomentum * totMomentum);
318  if(cost > 1.0) cost = 1.0;
319  G4double sint = sqrt((1.0 - cost)*(1.0 + cost));
320
321  G4double phi = twopi * G4UniformRand() ;
322
323  G4ThreeVector deltaDirection(sint*cos(phi),sint*sin(phi), cost) ;
324  deltaDirection.rotateUz(direction);
325
326  // create G4DynamicParticle object for delta ray
327  G4DynamicParticle* delta = new G4DynamicParticle(theElectron,deltaDirection,
328                                                   deltaKinEnergy);
329
330  vdp->push_back(delta);
331
332  // Change kinematics of primary particle
333  kineticEnergy       -= deltaKinEnergy;
334  G4ThreeVector finalP = direction*totMomentum - deltaDirection*deltaMomentum;
335  finalP               = finalP.unit();
336
337  fParticleChange->SetProposedKineticEnergy(kineticEnergy);
338  fParticleChange->SetProposedMomentumDirection(finalP);
339}
340
341//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
342
343G4double G4BraggIonModel::MaxSecondaryEnergy(const G4ParticleDefinition* pd,
344                                             G4double kinEnergy)
345{
346  if(pd != particle) SetParticle(pd);
347  G4double tau  = kinEnergy/mass;
348  G4double tmax = 2.0*electron_mass_c2*tau*(tau + 2.) /
349                  (1. + 2.0*(tau + 1.)*ratio + ratio*ratio);
350  return tmax;
351}
352
353//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
354
355G4bool G4BraggIonModel::HasMaterial(const G4Material* material)
356{
357  const size_t numberOfMolecula = 11 ;
358  SetMoleculaNumber(numberOfMolecula) ;
359  G4String chFormula = material->GetChemicalFormula() ;
360
361  // ICRU Report N49, 1993. Ziegler model for He.
362  static G4String molName[numberOfMolecula] = {
363    "CaF_2",  "Cellulose_Nitrate",  "LiF", "Policarbonate", 
364    "(C_2H_4)_N-Polyethylene",  "(C_2H_4)_N-Polymethly_Methacralate",
365    "Polysterene", "SiO_2", "NaI", "H_2O",
366    "Graphite" } ;
367
368  // Search for the material in the table
369  for (size_t i=0; i<numberOfMolecula; i++) {
370      if (chFormula == molName[i]) {
371        SetMoleculaNumber(i) ;
372        return true ;
373      }
374  }
375  return false ;
376}
377
378//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
379
380G4double G4BraggIonModel::StoppingPower(const G4Material* material,
381                                        G4double kineticEnergy) 
382{
383  G4double ionloss = 0.0 ;
384
385  if (iMolecula < 11) {
386 
387    // The data and the fit from:
388    // ICRU Report N49, 1993. Ziegler's model for alpha
389    // He energy in internal units of parametrisation formula (MeV)
390
391    G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p/MeV ;
392
393    static G4double a[11][5] = {
394       {9.43672, 0.54398, 84.341, 1.3705, 57.422},
395       {67.1503, 0.41409, 404.512, 148.97, 20.99},
396       {5.11203, 0.453,  36.718,  50.6,  28.058}, 
397       {61.793, 0.48445, 361.537, 57.889, 50.674},
398       {7.83464, 0.49804, 160.452, 3.192, 0.71922},
399       {19.729, 0.52153, 162.341, 58.35, 25.668}, 
400       {26.4648, 0.50112, 188.913, 30.079, 16.509},
401       {7.8655, 0.5205, 63.96, 51.32, 67.775},
402       {8.8965, 0.5148, 339.36, 1.7205, 0.70423},
403       {2.959, 0.53255, 34.247, 60.655, 15.153}, 
404       {3.80133, 0.41590, 12.9966, 117.83, 242.28} };   
405
406    static G4double atomicWeight[11] = {
407       101.96128, 44.0098, 16.0426, 28.0536, 42.0804,
408       104.1512, 44.665, 60.0843, 18.0152, 18.0152, 12.0};       
409
410    G4int i = iMolecula;
411
412    // Free electron gas model
413    if ( T < 0.001 ) {
414      G4double slow  = a[i][0] ;
415      G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]*1000.0 + a[i][4]*0.001 )
416         * a[i][2]*1000.0 ;
417      ionloss  = slow*shigh / (slow + shigh) ;
418      ionloss *= sqrt(T*1000.0) ;
419
420      // Main parametrisation
421    } else {
422      G4double slow  = a[i][0] * pow((T*1000.0), a[i][1]) ;
423      G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
424      ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;
425       /*
426         G4cout << "## " << i << ". T= " << T << " slow= " << slow
427         << " a0= " << a[i][0] << " a1= " << a[i][1]
428         << " shigh= " << shigh
429         << " dedx= " << ionloss << " q^2= " <<  HeEffChargeSquare(z, T*MeV)
430         << G4endl;
431       */
432    }
433    if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
434
435    // He effective charge
436    G4double aa = atomicWeight[iMolecula];
437    ionloss /= (HeEffChargeSquare(0.5*aa, T)*aa);
438
439  // pure material (normally not the case for this function)
440  } else if(1 == (material->GetNumberOfElements())) {
441    G4double z = material->GetZ() ;
442    ionloss = ElectronicStoppingPower( z, kineticEnergy ) ; 
443  }
444 
445  return ionloss;
446}
447
448//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
449
450G4double G4BraggIonModel::ElectronicStoppingPower(G4double z,
451                                                  G4double kineticEnergy) const
452{
453  G4double ionloss ;
454  G4int i = G4int(z)-1 ;  // index of atom
455  if(i < 0)  i = 0 ;
456  if(i > 91) i = 91 ;
457
458  // The data and the fit from:
459  // ICRU Report 49, 1993. Ziegler's type of parametrisations.
460  // Proton kinetic energy for parametrisation (keV/amu)
461
462   // He energy in internal units of parametrisation formula (MeV)
463  G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p/MeV ;
464
465  static G4double a[92][5] = {
466    {0.35485, 0.6456, 6.01525,  20.8933, 4.3515
467   },{ 0.58,    0.59,   6.3,     130.0,   44.07
468   },{ 1.42,    0.49,   12.25,    32.0,    9.161
469   },{ 2.206,   0.51,   15.32,    0.25,    8.995 //Be Ziegler77
470       // },{ 2.1895,  0.47183,7.2362,   134.30,  197.96 //Be from ICRU
471   },{ 3.691,   0.4128, 18.48,    50.72,   9.0
472   },{ 3.83523, 0.42993,12.6125,  227.41,  188.97
473   },{ 1.9259,  0.5550, 27.15125, 26.0665, 6.2768
474   },{ 2.81015, 0.4759, 50.0253,  10.556,  1.0382
475   },{ 1.533,   0.531,  40.44,    18.41,   2.718
476   },{ 2.303,   0.4861, 37.01,    37.96,   5.092
477       // Z= 11-20
478   },{ 9.894,   0.3081, 23.65,    0.384,   92.93
479   },{ 4.3,     0.47,   34.3,     3.3,     12.74
480   },{ 2.5,     0.625,  45.7,     0.1,     4.359
481   },{ 2.1,     0.65,   49.34,    1.788,   4.133
482   },{ 1.729,   0.6562, 53.41,    2.405,   3.845
483   },{ 1.402,   0.6791, 58.98,    3.528,   3.211
484   },{ 1.117,   0.7044, 69.69,    3.705,    2.156
485   },{ 2.291,   0.6284, 73.88,    4.478,    2.066
486   },{ 8.554,   0.3817, 83.61,    11.84,    1.875
487   },{ 6.297,   0.4622, 65.39,    10.14,    5.036
488       // Z= 21-30     
489   },{ 5.307,   0.4918, 61.74,    12.4,    6.665
490   },{ 4.71,    0.5087, 65.28,    8.806,    5.948
491   },{ 6.151,   0.4524, 83.0,    18.31,    2.71
492   },{ 6.57,    0.4322, 84.76,    15.53,    2.779
493   },{ 5.738,   0.4492, 84.6,    14.18,    3.101
494   },{ 5.013,   0.4707, 85.8,    16.55,    3.211
495   },{ 4.32,    0.4947, 76.14,    10.85,    5.441
496   },{ 4.652,   0.4571, 80.73,    22.0,    4.952
497   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    6.385
498   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    7.502
499       // Z= 31-40
500   },{ 3.114,   0.5236, 76.67,    7.62,    8.514
501   },{ 5.746,   0.4662, 79.24,    1.185,    7.993
502   },{ 2.792,   0.6346, 106.1,    0.2986,   2.331
503   },{ 4.667,   0.5095, 124.3,    2.102,    1.667
504   },{ 2.44,    0.6346, 105.0,    0.83,    2.851
505   },{ 1.413,   0.7377, 147.9,    1.466,    1.016
506   },{ 11.72,   0.3826, 102.8,    9.231,    4.371
507   },{ 7.126,   0.4804, 119.3,    5.784,    2.454
508   },{ 11.61,   0.3955, 146.7,    7.031,    1.423
509   },{ 10.99,   0.41,   163.9,   7.1,      1.052
510       // Z= 41-50
511   },{ 9.241,   0.4275, 163.1,    7.954,    1.102
512   },{ 9.276,   0.418,  157.1,   8.038,    1.29
513   },{ 3.999,   0.6152, 97.6,    1.297,    5.792
514   },{ 4.306,   0.5658, 97.99,    5.514,    5.754
515   },{ 3.615,   0.6197, 86.26,    0.333,    8.689
516   },{ 5.8,     0.49,   147.2,   6.903,    1.289
517   },{ 5.6,     0.49,   130.0,   10.0,     2.844
518   },{ 3.55,    0.6068, 124.7,    1.112,    3.119
519   },{ 3.6,     0.62,   105.8,   0.1692,   6.026
520   },{ 5.4,     0.53,   103.1,   3.931,    7.767
521       // Z= 51-60
522   },{ 3.97,    0.6459, 131.8,    0.2233,   2.723
523   },{ 3.65,    0.64,   126.8,   0.6834,   3.411
524   },{ 3.118,   0.6519, 164.9,    1.208,    1.51
525   },{ 3.949,   0.6209, 200.5,    1.878,    0.9126
526   },{ 14.4,    0.3923, 152.5,    8.354,    2.597
527   },{ 10.99,   0.4599, 138.4,    4.811,    3.726
528   },{ 16.6,    0.3773, 224.1,    6.28,    0.9121
529   },{ 10.54,   0.4533, 159.3,   4.832,    2.529
530   },{ 10.33,   0.4502, 162.0,   5.132,    2.444
531   },{ 10.15,   0.4471, 165.6,   5.378,    2.328
532       // Z= 61-70
533   },{ 9.976,   0.4439, 168.0,   5.721,    2.258
534   },{ 9.804,   0.4408, 176.2,   5.675,    1.997
535   },{ 14.22,   0.363,  228.4,   7.024,    1.016
536   },{ 9.952,   0.4318, 233.5,   5.065,    0.9244
537   },{ 9.272,   0.4345, 210.0,   4.911,    1.258
538   },{ 10.13,   0.4146, 225.7,   5.525,    1.055
539   },{ 8.949,   0.4304, 213.3,   5.071,    1.221
540   },{ 11.94,   0.3783, 247.2,   6.655,    0.849
541   },{ 8.472,   0.4405, 195.5,   4.051,    1.604
542   },{ 8.301,   0.4399, 203.7,   3.667,    1.459
543       // Z= 71-80
544   },{ 6.567,   0.4858, 193.0,   2.65,     1.66
545   },{ 5.951,   0.5016, 196.1,   2.662,    1.589
546   },{ 7.495,   0.4523, 251.4,   3.433,    0.8619
547   },{ 6.335,   0.4825, 255.1,   2.834,    0.8228
548   },{ 4.314,   0.5558, 214.8,   2.354,    1.263
549   },{ 4.02,    0.5681, 219.9,   2.402,    1.191
550   },{ 3.836,   0.5765, 210.2,   2.742,    1.305
551   },{ 4.68,    0.5247, 244.7,   2.749,    0.8962
552   },{ 2.892,   0.6204, 208.6,   2.415,    1.416 //Au Z77
553       // },{ 3.223,   0.5883, 232.7,   2.954,    1.05  //Au ICRU
554   },{ 2.892,   0.6204, 208.6,   2.415,    1.416
555       // Z= 81-90
556   },{ 4.728,   0.5522, 217.0,   3.091,    1.386
557   },{ 6.18,    0.52,   170.0,   4.0,      3.224
558   },{ 9.0,     0.47,   198.0,   3.8,      2.032
559   },{ 2.324,   0.6997, 216.0,   1.599,    1.399
560   },{ 1.961,   0.7286, 223.0,   1.621,    1.296
561   },{ 1.75,    0.7427, 350.1,   0.9789,   0.5507
562   },{ 10.31,   0.4613, 261.2,   4.738,    0.9899
563   },{ 7.962,   0.519,  235.7,   4.347,    1.313
564   },{ 6.227,   0.5645, 231.9,   3.961,    1.379
565   },{ 5.246,   0.5947, 228.6,   4.027,    1.432
566       // Z= 91-92
567   },{ 5.408,   0.5811, 235.7,   3.961,    1.358
568   },{ 5.218,   0.5828, 245.0,   3.838,    1.25}
569  };
570
571  // Free electron gas model
572  if ( T < 0.001 ) {
573    G4double slow  = a[i][0] ;
574    G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]*1000.0 + a[i][4]*0.001 )
575                   * a[i][2]*1000.0 ;
576    ionloss  = slow*shigh / (slow + shigh) ;
577    ionloss *= sqrt(T*1000.0) ;
578
579  // Main parametrisation
580  } else {
581    G4double slow  = a[i][0] * pow((T*1000.0), a[i][1]) ;
582    G4double shigh = log( 1.0 + a[i][3]/T + a[i][4]*T ) * a[i][2]/T ;
583    ionloss = slow*shigh / (slow + shigh) ;
584    /*
585    G4cout << "## " << i << ". T= " << T << " slow= " << slow
586           << " a0= " << a[i][0] << " a1= " << a[i][1]
587           << " shigh= " << shigh
588           << " dedx= " << ionloss << " q^2= " <<  HeEffChargeSquare(z, T*MeV)
589           << G4endl;
590    */
591  }
592  if ( ionloss < 0.0) ionloss = 0.0 ;
593
594  // He effective charge
595  ionloss /= HeEffChargeSquare(z, T);
596
597  return ionloss;
598}
599
600//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
601
602G4double G4BraggIonModel::DEDX(const G4Material* material,
603                                     G4double kineticEnergy)
604{
605  G4double eloss = 0.0;
606  const G4int numberOfElements = material->GetNumberOfElements();
607  const G4double* theAtomicNumDensityVector =
608                                 material->GetAtomicNumDensityVector();
609
610  // compaund material with parametrisation
611  G4int iNist = astar.GetIndex(material);
612
613  if( iNist >= 0 ) {
614    G4double T = kineticEnergy*rateMassHe2p;
615    return astar.GetElectronicDEDX(iNist, T)*material->GetDensity()/
616      HeEffChargeSquare(astar.GetEffectiveZ(iNist), T/MeV);
617
618  } else if( HasMaterial(material) ) {
619
620    eloss = StoppingPower(material, kineticEnergy)*
621      material->GetDensity()/amu;
622
623  // pure material
624  } else if(1 == numberOfElements) {
625
626    G4double z = material->GetZ();
627    eloss = ElectronicStoppingPower(z, kineticEnergy)
628                               * (material->GetTotNbOfAtomsPerVolume());
629
630  // Brugg's rule calculation
631  } else {
632    const G4ElementVector* theElementVector =
633                           material->GetElementVector() ;
634
635    //  loop for the elements in the material
636    for (G4int i=0; i<numberOfElements; i++)
637    {
638      const G4Element* element = (*theElementVector)[i] ;
639      eloss   += ElectronicStoppingPower(element->GetZ(), kineticEnergy)
640                                   * theAtomicNumDensityVector[i];
641    }
642  }
643  return eloss*theZieglerFactor;
644}
645
646//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
647
648G4double G4BraggIonModel::HeEffChargeSquare(G4double z, 
649                                            G4double kinEnergyHeInMeV) const
650{
651  // The aproximation of He effective charge from:
652  // J.F.Ziegler, J.P. Biersack, U. Littmark
653  // The Stopping and Range of Ions in Matter,
654  // Vol.1, Pergamon Press, 1985
655
656  static G4double c[6] = {0.2865,  0.1266, -0.001429,
657                          0.02402,-0.01135, 0.001475};
658
659  G4double e = std::max(0.0,std::log(kinEnergyHeInMeV*massFactor));
660  G4double x = c[0] ;
661  G4double y = 1.0 ;
662  for (G4int i=1; i<6; i++) {
663    y *= e ;
664    x += y * c[i] ;
665  }
666
667  G4double w = 7.6 -  e ;
668  w = 1.0 + (0.007 + 0.00005*z) * exp( -w*w ) ;
669  w = 4.0 * (1.0 - exp(-x)) * w * w ;
670
671  return w;
672}
673
674//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo......
675
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.