source: trunk/source/processes/electromagnetic/utils/include/G4EmCorrections.hh @ 1340

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1//
2// ********************************************************************
3// * License and Disclaimer                                           *
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24// ********************************************************************
25//
26// $Id: G4EmCorrections.hh,v 1.25 2010/06/04 09:28:46 vnivanch Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-04-beta-01 $
28//
29// -------------------------------------------------------------------
30//
31// GEANT4 Class header file
32//
33//
34// File name:     G4EmCorrections
35//
36// Author:        Vladimir Ivanchenko
37//
38// Creation date: 13.01.2005
39//
40// Modifications:
41// 28.04.2006 General cleanup, add finite size corrections (V.Ivanchenko)
42// 13.05.2006 Add corrections for ion stopping (V.Ivanhcenko)
43// 20.05.2008 Removed Finite Size correction (V.Ivanchenko)
44// 12.09.2008 Added inlined interfaces to effective charge (V.Ivanchenko)
45//
46// Class Description:
47//
48// This class provides calculation of EM corrections to ionisation
49//
50
51// -------------------------------------------------------------------
52//
53
54#ifndef G4EmCorrections_h
55#define G4EmCorrections_h 1
56
57#include "globals.hh"
58#include "G4ionEffectiveCharge.hh"
59#include "G4Material.hh"
60#include "G4ParticleDefinition.hh"
61#include "G4NistManager.hh"
62
63class G4VEmModel;
64class G4PhysicsVector;
65class G4IonTable;
66class G4MaterialCutsCouple;
67
68class G4EmCorrections
69{
70
71public:
72
73  G4EmCorrections();
74
75  virtual ~G4EmCorrections();
76
77  G4double HighOrderCorrections(const G4ParticleDefinition*,
78                                const G4Material*,
79                                G4double kineticEnergy,
80                                G4double cutEnergy);
81
82  G4double IonHighOrderCorrections(const G4ParticleDefinition*,
83                                   const G4MaterialCutsCouple*,
84                                   G4double kineticEnergy);
85
86  G4double ComputeIonCorrections(const G4ParticleDefinition*,
87                                 const G4Material*,
88                                 G4double kineticEnergy);
89
90  G4double IonBarkasCorrection(const G4ParticleDefinition*,
91                               const G4Material*,
92                               G4double kineticEnergy);
93
94  G4double Bethe(const G4ParticleDefinition*,
95                 const G4Material*,
96                 G4double kineticEnergy);
97
98  G4double SpinCorrection(const G4ParticleDefinition*,
99                          const G4Material*,
100                          G4double kineticEnergy);
101
102  G4double KShellCorrection(const G4ParticleDefinition*,
103                            const G4Material*,
104                            G4double kineticEnergy);
105
106  G4double LShellCorrection(const G4ParticleDefinition*,
107                            const G4Material*,
108                            G4double kineticEnergy);
109
110  G4double ShellCorrection(const G4ParticleDefinition*,
111                           const G4Material*,
112                           G4double kineticEnergy);
113
114  G4double ShellCorrectionSTD(const G4ParticleDefinition*,
115                              const G4Material*,
116                              G4double kineticEnergy);
117
118  G4double DensityCorrection(const G4ParticleDefinition*,
119                             const G4Material*,
120                             G4double kineticEnergy);
121
122  G4double BarkasCorrection(const G4ParticleDefinition*,
123                            const G4Material*,
124                            G4double kineticEnergy);
125
126  G4double BlochCorrection(const G4ParticleDefinition*,
127                           const G4Material*,
128                           G4double kineticEnergy);
129
130  G4double MottCorrection(const G4ParticleDefinition*,
131                          const G4Material*,
132                          G4double kineticEnergy);
133
134  G4double NuclearDEDX(const G4ParticleDefinition*,
135                       const G4Material*,
136                       G4double kineticEnergy,
137                       G4bool fluct = true);
138
139  void AddStoppingData(G4int Z, G4int A, const G4String& materialName,
140                       G4PhysicsVector* dVector);
141
142  void InitialiseForNewRun();
143
144  // effective charge correction using stopping power data
145  G4double EffectiveChargeCorrection(const G4ParticleDefinition*,
146                                     const G4Material*,
147                                     G4double kineticEnergy);
148
149  // effective charge of an ion
150  inline G4double GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition*,
151                                    const G4Material*,
152                                    G4double kineticEnergy);
153
154  inline
155  G4double EffectiveChargeSquareRatio(const G4ParticleDefinition*,
156                                      const G4Material*,
157                                      G4double kineticEnergy);
158
159  // ionisation models for ions
160  inline void SetIonisationModels(G4VEmModel* m1 = 0, G4VEmModel* m2 = 0);
161
162  inline G4int GetNumberOfStoppingVectors();
163
164private:
165
166  void Initialise();
167
168  void BuildCorrectionVector();
169
170  void SetupKinematics(const G4ParticleDefinition*,
171                       const G4Material*,
172                       G4double kineticEnergy);
173
174  G4double KShell(G4double theta, G4double eta);
175
176  G4double LShell(G4double theta, G4double eta);
177
178  G4int Index(G4double x, G4double* y, G4int n);
179
180  G4double Value(G4double xv, G4double x1, G4double x2, G4double y1, G4double y2);
181
182  G4double Value2(G4double xv, G4double yv, G4double x1, G4double x2,
183                  G4double y1, G4double y2,
184                  G4double z11, G4double z21, G4double z12, G4double z22);
185
186  G4double NuclearStoppingPower(G4double e, G4double z1, G4double z2,
187                                            G4double m1, G4double m2);
188
189  // hide assignment operator
190  G4EmCorrections & operator=(const G4EmCorrections &right);
191  G4EmCorrections(const G4EmCorrections&);
192
193  G4double     engBarkas[47];
194  G4double     corBarkas[47];
195  G4double     ed[104];
196  G4double     a[104];
197  G4double     theZieglerFactor;
198  G4double     alpha2;
199  G4bool       lossFlucFlag;
200
201  G4int        verbose;
202
203  G4int        nK;
204  G4int        nL;
205  G4int        nEtaK;
206  G4int        nEtaL;
207
208  G4double     COSEB[14];
209  G4double     COSXI[14];
210  G4double     ZD[11];
211
212  G4double     TheK[20];
213  G4double     SK[20];
214  G4double     TK[20];
215  G4double     UK[20];
216  G4double     VK[20];
217  G4double     ZK[20];
218
219  G4double     TheL[26];
220  G4double     SL[26];
221  G4double     TL[26];
222  G4double     UL[26];
223  G4double     VL[26];
224
225  G4double     Eta[29];
226  G4double     CK[20][29];
227  G4double     CL[26][28];
228  G4double     HM[53];
229  G4double     HN[31];
230  G4double     MSH[93];
231  G4double     TAU[93];
232  G4double     Z23[100];
233
234  std::vector<const G4Material*> currmat;
235  std::vector<G4double>          thcorr[100];
236  size_t        ncouples;
237
238  const G4ParticleDefinition* particle;
239  const G4ParticleDefinition* curParticle;
240  const G4Material*           material;
241  const G4Material*           curMaterial;
242  const G4ElementVector*      theElementVector;
243  const G4double*             atomDensity;
244
245  G4int     numberOfElements;
246  G4double  kinEnergy;
247  G4double  mass;
248  G4double  massFactor;
249  G4double  formfact;
250  G4double  eth;
251  G4double  tau;
252  G4double  gamma;
253  G4double  bg2;
254  G4double  beta2;
255  G4double  beta;
256  G4double  ba2;
257  G4double  tmax;
258  G4double  charge;
259  G4double  q2;
260  G4double  eCorrMin;
261  G4double  eCorrMax;
262  G4int     nbinCorr;
263
264  G4ionEffectiveCharge  effCharge;
265
266  G4NistManager*        nist;
267  const G4IonTable*     ionTable;
268  G4VEmModel*           ionLEModel;
269  G4VEmModel*           ionHEModel;
270
271  // Ion stopping data
272  G4int                       nIons;
273  G4int                       idx;
274  G4int                       currentZ;
275  std::vector<G4int>          Zion;
276  std::vector<G4int>          Aion;
277  std::vector<G4String>       materialName;
278
279  std::vector<const G4ParticleDefinition*> ionList;
280
281  std::vector<const G4Material*> materialList;
282  std::vector<G4PhysicsVector*>  stopData;
283  G4PhysicsVector*               curVector;
284};
285
286inline G4int G4EmCorrections::Index(G4double x, G4double* y, G4int n)
287{
288  G4int iddd = n-1;
289  do {iddd--;} while (iddd>0 && x<y[iddd]);
290  return iddd;
291}
292
293inline G4double G4EmCorrections::Value(G4double xv, G4double x1, G4double x2,
294                                       G4double y1, G4double y2)
295{
296  return y1 + (y2 - y1)*(xv - x1)/(x2 - x1);
297}
298
299inline G4double G4EmCorrections::Value2(G4double xv, G4double yv, 
300                                        G4double x1, G4double x2,
301                                        G4double y1, G4double y2,
302                                        G4double z11, G4double z21, 
303                                        G4double z12, G4double z22)
304{
305  return (z11*(x2-xv)*(y2-yv) + z22*(xv-x1)*(yv-y1) +
306          0.5*(z12*((x2-xv)*(yv-y1)+(xv-x1)*(y2-yv))+
307               z21*((xv-x1)*(y2-yv)+(yv-y1)*(x2-xv))))
308         / ((x2-x1)*(y2-y1));
309}
310
311inline 
312void G4EmCorrections::SetIonisationModels(G4VEmModel* m1, G4VEmModel* m2)
313{
314  if(m1) ionLEModel = m1;
315  if(m2) ionHEModel = m2;
316}
317
318inline G4int G4EmCorrections::GetNumberOfStoppingVectors()
319{
320  return nIons;
321}
322
323inline G4double
324G4EmCorrections::GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition* p,
325                                   const G4Material* mat,
326                                   G4double kineticEnergy)
327{
328  return effCharge.EffectiveCharge(p,mat,kineticEnergy);
329}
330
331inline G4double
332G4EmCorrections::EffectiveChargeSquareRatio(const G4ParticleDefinition* p,
333                                            const G4Material* mat,
334                                            G4double kineticEnergy)
335{
336  return effCharge.EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kineticEnergy);
337}
338
339inline void G4EmCorrections::SetupKinematics(const G4ParticleDefinition* p,
340                                             const G4Material* mat,
341                                             G4double kineticEnergy)
342{
343  if(kineticEnergy != kinEnergy || p != particle) {
344    particle = p;
345    kinEnergy = kineticEnergy;
346    mass  = p->GetPDGMass();
347    tau   = kineticEnergy / mass;
348    gamma = 1.0 + tau;
349    bg2   = tau * (tau+2.0);
350    beta2 = bg2/(gamma*gamma);
351    beta  = std::sqrt(beta2);
352    ba2   = beta2/alpha2;
353    G4double ratio = electron_mass_c2/mass;
354    tmax  = 2.0*electron_mass_c2*bg2 /(1. + 2.0*gamma*ratio + ratio*ratio);
355    charge  = p->GetPDGCharge()/eplus;
356    //if(charge < 1.5)  {q2 = charge*charge;}
357    //else {
358    //  q2 = effCharge.EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kinEnergy);
359    //  charge = std::sqrt(q2);
360    //}
361    if(charge > 1.5) { charge = effCharge.EffectiveCharge(p,mat,kinEnergy); }
362    q2 = charge*charge;
363  }
364  if(mat != material) {
365    material = mat;
366    theElementVector = material->GetElementVector();
367    atomDensity  = material->GetAtomicNumDensityVector(); 
368    numberOfElements = material->GetNumberOfElements();
369  }
370}
371
372//....oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo........oooOO0OOooo....
373
374#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.