source: trunk/source/processes/electromagnetic/utils/include/G4EmCorrections.hh @ 961

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1//
2// ********************************************************************
3// * License and Disclaimer                                           *
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24// ********************************************************************
25//
26// $Id: G4EmCorrections.hh,v 1.24 2008/09/12 14:44:48 vnivanch Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-02-ref-02 $
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 "G4AtomicShells.hh"
59#include "G4ionEffectiveCharge.hh"
60#include "G4Material.hh"
61#include "G4ParticleDefinition.hh"
62#include "G4NistManager.hh"
63
64class G4VEmModel;
65class G4PhysicsVector;
66class G4IonTable;
67class G4MaterialCutsCouple;
68
69class G4EmCorrections
70{
71
72public:
73
74  G4EmCorrections();
75
76  virtual ~G4EmCorrections();
77
78  G4double HighOrderCorrections(const G4ParticleDefinition*,
79                                const G4Material*,
80                                G4double kineticEnergy,
81                                G4double cutEnergy);
82
83  G4double IonHighOrderCorrections(const G4ParticleDefinition*,
84                                   const G4MaterialCutsCouple*,
85                                   G4double kineticEnergy);
86
87  G4double ComputeIonCorrections(const G4ParticleDefinition*,
88                                 const G4Material*,
89                                 G4double kineticEnergy);
90
91  G4double IonBarkasCorrection(const G4ParticleDefinition*,
92                               const G4Material*,
93                               G4double kineticEnergy);
94
95  G4double Bethe(const G4ParticleDefinition*,
96                 const G4Material*,
97                 G4double kineticEnergy);
98
99  G4double SpinCorrection(const G4ParticleDefinition*,
100                          const G4Material*,
101                          G4double kineticEnergy);
102
103  G4double KShellCorrection(const G4ParticleDefinition*,
104                            const G4Material*,
105                            G4double kineticEnergy);
106
107  G4double LShellCorrection(const G4ParticleDefinition*,
108                            const G4Material*,
109                            G4double kineticEnergy);
110
111  G4double ShellCorrection(const G4ParticleDefinition*,
112                           const G4Material*,
113                           G4double kineticEnergy);
114
115  G4double ShellCorrectionSTD(const G4ParticleDefinition*,
116                              const G4Material*,
117                              G4double kineticEnergy);
118
119  G4double DensityCorrection(const G4ParticleDefinition*,
120                             const G4Material*,
121                             G4double kineticEnergy);
122
123  G4double BarkasCorrection(const G4ParticleDefinition*,
124                            const G4Material*,
125                            G4double kineticEnergy);
126
127  G4double BlochCorrection(const G4ParticleDefinition*,
128                           const G4Material*,
129                           G4double kineticEnergy);
130
131  G4double MottCorrection(const G4ParticleDefinition*,
132                          const G4Material*,
133                          G4double kineticEnergy);
134
135  G4double NuclearDEDX(const G4ParticleDefinition*,
136                       const G4Material*,
137                       G4double kineticEnergy,
138                       G4bool fluct = true);
139
140  void AddStoppingData(G4int Z, G4int A, const G4String& materialName,
141                       G4PhysicsVector* dVector);
142
143  void InitialiseForNewRun();
144
145  // effective charge correction using stopping power data
146  G4double EffectiveChargeCorrection(const G4ParticleDefinition*,
147                                     const G4Material*,
148                                     G4double kineticEnergy);
149
150  // effective charge of an ion
151  inline G4double GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition*,
152                                    const G4Material*,
153                                    G4double kineticEnergy);
154
155  inline
156  G4double EffectiveChargeSquareRatio(const G4ParticleDefinition*,
157                                      const G4Material*,
158                                      G4double kineticEnergy);
159
160  // ionisation models for ions
161  inline void SetIonisationModels(G4VEmModel* m1 = 0, G4VEmModel* m2 = 0);
162
163  inline G4int GetNumberOfStoppingVectors();
164
165private:
166
167  void Initialise();
168
169  void BuildCorrectionVector();
170
171  void SetupKinematics(const G4ParticleDefinition*,
172                       const G4Material*,
173                       G4double kineticEnergy);
174
175  G4double KShell(G4double theta, G4double eta);
176
177  G4double LShell(G4double theta, G4double eta);
178
179  G4int Index(G4double x, G4double* y, G4int n);
180
181  G4double Value(G4double xv, G4double x1, G4double x2, G4double y1, G4double y2);
182
183  G4double Value2(G4double xv, G4double yv, G4double x1, G4double x2,
184                  G4double y1, G4double y2,
185                  G4double z11, G4double z21, G4double z12, G4double z22);
186
187  G4double NuclearStoppingPower(G4double e, G4double z1, G4double z2,
188                                            G4double m1, G4double m2);
189
190  // hide assignment operator
191  G4EmCorrections & operator=(const G4EmCorrections &right);
192  G4EmCorrections(const G4EmCorrections&);
193
194  G4double     engBarkas[47];
195  G4double     corBarkas[47];
196  G4double     ed[104];
197  G4double     a[104];
198  G4double     theZieglerFactor;
199  G4double     alpha2;
200  G4bool       lossFlucFlag;
201
202  G4int        verbose;
203
204  G4int        nK;
205  G4int        nL;
206  G4int        nEtaK;
207  G4int        nEtaL;
208
209  G4double     COSEB[14];
210  G4double     COSXI[14];
211  G4double     ZD[11];
212
213  G4double     TheK[20];
214  G4double     SK[20];
215  G4double     TK[20];
216  G4double     UK[20];
217  G4double     VK[20];
218  G4double     ZK[20];
219
220  G4double     TheL[26];
221  G4double     SL[26];
222  G4double     TL[26];
223  G4double     UL[26];
224  G4double     VL[26];
225
226  G4double     Eta[29];
227  G4double     CK[20][29];
228  G4double     CL[26][28];
229  G4double     HM[53];
230  G4double     HN[31];
231  G4double     MSH[93];
232  G4double     TAU[93];
233  G4double     Z23[100];
234
235  std::vector<const G4Material*> currmat;
236  std::vector<G4double>          thcorr[100];
237  size_t        ncouples;
238
239  const G4ParticleDefinition* particle;
240  const G4ParticleDefinition* curParticle;
241  const G4Material*           material;
242  const G4Material*           curMaterial;
243  const G4ElementVector*      theElementVector;
244  const G4double*             atomDensity;
245
246  G4int     numberOfElements;
247  G4double  kinEnergy;
248  G4double  mass;
249  G4double  massFactor;
250  G4double  formfact;
251  G4double  eth;
252  G4double  tau;
253  G4double  gamma;
254  G4double  bg2;
255  G4double  beta2;
256  G4double  beta;
257  G4double  ba2;
258  G4double  tmax;
259  G4double  charge;
260  G4double  q2;
261  G4double  eCorrMin;
262  G4double  eCorrMax;
263  G4int     nbinCorr;
264
265  G4AtomicShells        shells;
266  G4ionEffectiveCharge  effCharge;
267
268  G4NistManager*        nist;
269  const G4IonTable*     ionTable;
270  G4VEmModel*           ionLEModel;
271  G4VEmModel*           ionHEModel;
272
273  // Ion stopping data
274  G4int                       nIons;
275  G4int                       idx;
276  G4int                       currentZ;
277  std::vector<G4int>          Zion;
278  std::vector<G4int>          Aion;
279  std::vector<G4String>       materialName;
280
281  std::vector<const G4ParticleDefinition*> ionList;
282
283  std::vector<const G4Material*> materialList;
284  std::vector<G4PhysicsVector*>  stopData;
285  G4PhysicsVector*               curVector;
286};
287
288inline G4int G4EmCorrections::Index(G4double x, G4double* y, G4int n)
289{
290  G4int iddd = n-1;
291  do {iddd--;} while (iddd>0 && x<y[iddd]);
292  return iddd;
293}
294
295inline G4double G4EmCorrections::Value(G4double xv, G4double x1, G4double x2,
296                                       G4double y1, G4double y2)
297{
298  return y1 + (y2 - y1)*(xv - x1)/(x2 - x1);
299}
300
301inline G4double G4EmCorrections::Value2(G4double xv, G4double yv, 
302                                        G4double x1, G4double x2,
303                                        G4double y1, G4double y2,
304                                        G4double z11, G4double z21, 
305                                        G4double z12, G4double z22)
306{
307  return (z11*(x2-xv)*(y2-yv) + z22*(xv-x1)*(yv-y1) +
308          0.5*(z12*((x2-xv)*(yv-y1)+(xv-x1)*(y2-yv))+
309               z21*((xv-x1)*(y2-yv)+(yv-y1)*(x2-xv))))
310         / ((x2-x1)*(y2-y1));
311}
312
313inline 
314void G4EmCorrections::SetIonisationModels(G4VEmModel* m1, G4VEmModel* m2)
315{
316  if(m1) ionLEModel = m1;
317  if(m2) ionHEModel = m2;
318}
319
320inline G4int G4EmCorrections::GetNumberOfStoppingVectors()
321{
322  return nIons;
323}
324
325inline G4double
326G4EmCorrections::GetParticleCharge(const G4ParticleDefinition* p,
327                                   const G4Material* mat,
328                                   G4double kineticEnergy)
329{
330  return effCharge.EffectiveCharge(p,mat,kineticEnergy);
331}
332
333inline G4double
334G4EmCorrections::EffectiveChargeSquareRatio(const G4ParticleDefinition* p,
335                                            const G4Material* mat,
336                                            G4double kineticEnergy)
337{
338  return effCharge.EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kineticEnergy);
339}
340
341inline void G4EmCorrections::SetupKinematics(const G4ParticleDefinition* p,
342                                             const G4Material* mat,
343                                             G4double kineticEnergy)
344{
345  if(kineticEnergy != kinEnergy || p != particle) {
346    particle = p;
347    kinEnergy = kineticEnergy;
348    mass  = p->GetPDGMass();
349    tau   = kineticEnergy / mass;
350    gamma = 1.0 + tau;
351    bg2   = tau * (tau+2.0);
352    beta2 = bg2/(gamma*gamma);
353    beta  = std::sqrt(beta2);
354    ba2   = beta2/alpha2;
355    G4double ratio = electron_mass_c2/mass;
356    tmax  = 2.0*electron_mass_c2*bg2 /(1. + 2.0*gamma*ratio + ratio*ratio);
357    charge  = p->GetPDGCharge()/eplus;
358    if(charge < 1.5)  {q2 = charge*charge;}
359    else {
360      q2 = effCharge.EffectiveChargeSquareRatio(p,mat,kinEnergy);
361      charge = std::sqrt(q2);
362    }
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.