source: trunk/source/processes/hadronic/models/high_energy/src/G4HELambdaInelastic.cc @ 1347

Last change on this file since 1347 was 1347, checked in by garnier, 13 years ago

geant4 tag 9.4
File size: 18.8 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: G4HELambdaInelastic.cc,v 1.17 2010/11/29 05:44:44 dennis Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-04-ref-00 $
28//
29
30#include "globals.hh"
31#include "G4ios.hh"
32
33// G4 Process: Gheisha High Energy Collision model.
34// This includes the high energy cascading model, the two-body-resonance model
35// and the low energy two-body model. Not included are the low energy stuff
36// like nuclear reactions, nuclear fission without any cascading and all
37// processes for particles at rest. 
38// First work done by J.L.Chuma and F.W.Jones, TRIUMF, June 96. 
39// H. Fesefeldt, RWTH-Aachen, 23-October-1996
40// Last modified: 29-July-1998
41 
42#include "G4HELambdaInelastic.hh"
43
44G4HadFinalState*
45G4HELambdaInelastic::ApplyYourself(const G4HadProjectile& aTrack,
46                                   G4Nucleus& targetNucleus)
47{
48  G4HEVector* pv = new G4HEVector[MAXPART];
49  const G4HadProjectile* aParticle = &aTrack;
50  const G4double A = targetNucleus.GetN();
51  const G4double Z = targetNucleus.GetZ();
52  G4HEVector incidentParticle(aParticle);
53     
54  G4double atomicNumber = Z;
55  G4double atomicWeight = A;
56
57  G4int incidentCode = incidentParticle.getCode();
58  G4double incidentMass = incidentParticle.getMass();
59  G4double incidentTotalEnergy = incidentParticle.getEnergy();
60  G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
61  G4double incidentKineticEnergy = incidentTotalEnergy - incidentMass;
62
63  if (incidentKineticEnergy < 1.)
64    G4cout << "GHELambdaInelastic: incident energy < 1 GeV" << G4endl;
65
66  if (verboseLevel > 1) {
67    G4cout << "G4HELambdaInelastic::ApplyYourself" << G4endl;
68    G4cout << "incident particle " << incidentParticle.getName()
69           << "mass "              << incidentMass
70           << "kinetic energy "    << incidentKineticEnergy
71           << G4endl;
72    G4cout << "target material with (A,Z) = (" 
73           << atomicWeight << "," << atomicNumber << ")" << G4endl;
74  }
75
76  G4double inelasticity = NuclearInelasticity(incidentKineticEnergy, 
77                                              atomicWeight, atomicNumber);
78  if (verboseLevel > 1)
79    G4cout << "nuclear inelasticity = " << inelasticity << G4endl;
80   
81  incidentKineticEnergy -= inelasticity;
82   
83  G4double excitationEnergyGNP = 0.;
84  G4double excitationEnergyDTA = 0.; 
85
86  G4double excitation = NuclearExcitation(incidentKineticEnergy,
87                                          atomicWeight, atomicNumber,
88                                          excitationEnergyGNP,
89                                          excitationEnergyDTA);
90  if (verboseLevel > 1)
91    G4cout << "nuclear excitation = " << excitation << excitationEnergyGNP
92           << excitationEnergyDTA << G4endl;             
93
94  incidentKineticEnergy -= excitation;
95  incidentTotalEnergy = incidentKineticEnergy + incidentMass;
96  incidentTotalMomentum = std::sqrt( (incidentTotalEnergy-incidentMass)                   
97                                    *(incidentTotalEnergy+incidentMass));
98
99  G4HEVector targetParticle;
100  if (G4UniformRand() < atomicNumber/atomicWeight) { 
101    targetParticle.setDefinition("Proton");
102  } else { 
103    targetParticle.setDefinition("Neutron");
104  }
105
106  G4double targetMass = targetParticle.getMass();
107  G4double centerOfMassEnergy = std::sqrt(incidentMass*incidentMass
108                                        + targetMass*targetMass
109                                        + 2.0*targetMass*incidentTotalEnergy);
110  G4double availableEnergy = centerOfMassEnergy - targetMass - incidentMass;
111
112  G4bool inElastic = true;
113  vecLength = 0;           
114       
115  if (verboseLevel > 1)
116    G4cout << "ApplyYourself: CallFirstIntInCascade for particle "
117           << incidentCode << G4endl;
118
119  G4bool successful = false; 
120   
121  FirstIntInCasLambda(inElastic, availableEnergy, pv, vecLength,
122                      incidentParticle, targetParticle, atomicWeight);
123
124  if (verboseLevel > 1)
125    G4cout << "ApplyYourself::StrangeParticlePairProduction" << G4endl;
126
127  if ((vecLength > 0) && (availableEnergy > 1.)) 
128    StrangeParticlePairProduction(availableEnergy, centerOfMassEnergy,
129                                  pv, vecLength,
130                                  incidentParticle, targetParticle);
131
132  HighEnergyCascading(successful, pv, vecLength,
133                      excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
134                      incidentParticle, targetParticle,
135                      atomicWeight, atomicNumber);
136  if (!successful)
137    HighEnergyClusterProduction(successful, pv, vecLength,
138                                excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
139                                incidentParticle, targetParticle,
140                                atomicWeight, atomicNumber);
141  if (!successful) 
142    MediumEnergyCascading(successful, pv, vecLength, 
143                          excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA, 
144                          incidentParticle, targetParticle,
145                          atomicWeight, atomicNumber);
146
147  if (!successful)
148    MediumEnergyClusterProduction(successful, pv, vecLength,
149                                  excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,       
150                                  incidentParticle, targetParticle,
151                                  atomicWeight, atomicNumber);
152  if (!successful)
153    QuasiElasticScattering(successful, pv, vecLength,
154                           excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
155                           incidentParticle, targetParticle, 
156                           atomicWeight, atomicNumber);
157  if (!successful)
158    ElasticScattering(successful, pv, vecLength,
159                      incidentParticle,   
160                      atomicWeight, atomicNumber);
161
162  if (!successful)
163    G4cout << "GHEInelasticInteraction::ApplyYourself fails to produce final state particles"
164           << G4endl;
165  FillParticleChange(pv, vecLength);
166  delete [] pv;
167  theParticleChange.SetStatusChange(stopAndKill);
168  return &theParticleChange;
169}
170
171
172void
173G4HELambdaInelastic::FirstIntInCasLambda(G4bool& inElastic,
174                                         const G4double availableEnergy,
175                                         G4HEVector pv[],
176                                         G4int& vecLen,
177                                         const G4HEVector& incidentParticle,
178                                         const G4HEVector& targetParticle,
179                                         const G4double atomicWeight)
180
181// Lambda undergoes interaction with nucleon within a nucleus.  Check if it is
182// energetically possible to produce pions/kaons.  In not, assume nuclear
183// excitation occurs and input particle is degraded in energy. No other
184// particles are produced.  If reaction is possible, find the correct number
185// of pions/protons/neutrons produced using an interpolation to multiplicity
186// data.  Replace some pions or protons/neutrons by kaons or strange baryons
187// according to the average multiplicity per inelastic reaction.
188{
189  static const G4double expxu = std::log(MAXFLOAT); // upper bound for arg. of exp
190  static const G4double expxl = -expxu;             // lower bound for arg. of exp
191
192  static const G4double protb = 0.7;
193  static const G4double neutb = 0.7;             
194  static const G4double     c = 1.25;
195
196  static const G4int numMul = 1200;
197  static const G4int numSec = 60;
198
199  G4int protonCode  = Proton.getCode();
200
201  G4int targetCode = targetParticle.getCode();
202  G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
203
204  static G4bool first = true;
205  static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec];  // proton constants
206  static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec];  // neutron constants
207
208  //  misc. local variables
209  //  np = number of pi+,  nm = number of pi-,  nz = number of pi0
210
211  G4int i, counter, nt, np, nm, nz;
212
213   if( first ) 
214     {        // compute normalization constants, this will only be done once
215       first = false;
216       for( i=0; i<numMul; i++ )protmul[i]  = 0.0;
217       for( i=0; i<numSec; i++ )protnorm[i] = 0.0;
218       counter = -1;
219       for( np=0; np<(numSec/3); np++ ) 
220          {
221            for( nm=std::max(0,np-2); nm<=(np+1); nm++ ) 
222               {
223                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
224                    {
225                      if( ++counter < numMul ) 
226                        {
227                          nt = np+nm+nz;
228                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
229                            {
230                              protmul[counter] = pmltpc(np,nm,nz,nt,protb,c);
231                              protnorm[nt-1] += protmul[counter];
232                            }
233                        }
234                    }
235               }
236          }
237       for( i=0; i<numMul; i++ )neutmul[i]  = 0.0;
238       for( i=0; i<numSec; i++ )neutnorm[i] = 0.0;
239       counter = -1;
240       for( np=0; np<numSec/3; np++ ) 
241          {
242            for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+2); nm++ ) 
243               {
244                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
245                    {
246                      if( ++counter < numMul ) 
247                        {
248                          nt = np+nm+nz;
249                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
250                            {
251                               neutmul[counter] = pmltpc(np,nm,nz,nt,neutb,c);
252                               neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
253                            }
254                        }
255                    }
256               }
257          }
258       for( i=0; i<numSec; i++ ) 
259          {
260            if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
261            if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
262          }
263     }                                      // end of initialization
264
265         
266                                            // initialize the first two places
267                                            // the same as beam and target
268   pv[0] = incidentParticle;
269   pv[1] = targetParticle;
270   vecLen = 2;
271
272   if( !inElastic ) 
273     {                       // quasi-elastic scattering, no pions produced
274       G4double cech[] = {0.50, 0.45, 0.40, 0.35, 0.30, 0.25, 0.06, 0.04, 0.005, 0.};
275       G4int iplab = G4int( std::min( 9.0, incidentTotalMomentum*2.5 ) );
276       if( G4UniformRand() < cech[iplab]/std::pow(atomicWeight,0.42) ) 
277         {                                           
278           G4double ran = G4UniformRand();
279           if( targetCode == protonCode)
280             { 
281               if( ran < 0.2)
282                 {
283                   pv[0] = SigmaPlus;
284                   pv[1] = Neutron;
285                 }
286               else if(ran < 0.4)
287                 {
288                   pv[0] = SigmaZero;
289                 }
290               else if(ran < 0.6)
291                 {
292                   pv[0] = Proton;
293                   pv[1] = Lambda;
294                 }
295               else if(ran < 0.8)
296                 {
297                   pv[0] = Proton;
298                   pv[1] = SigmaZero;
299                 }
300               else
301                 {
302                   pv[0] = Neutron;
303                   pv[1] = SigmaPlus;
304                 }
305             }             
306           else
307             { 
308               if(ran < 0.2)
309                 {
310                   pv[0] = SigmaZero;
311                 }
312               else if(ran < 0.4)
313                 {
314                   pv[0] = SigmaMinus;
315                   pv[1] = Proton;
316                 }
317               else if(ran < 0.6)
318                 {
319                   pv[0] = Neutron;
320                   pv[1] = Lambda;
321                 } 
322               else if(ran < 0.8)
323                 {
324                   pv[0] = Neutron;
325                   pv[1] = SigmaZero;
326                 }
327               else
328                 {
329                   pv[0] = Proton;
330                   pv[1] = SigmaMinus;
331                 } 
332             }
333         }
334       return;
335     }
336   else if (availableEnergy <= PionPlus.getMass())
337       return;
338
339   //   inelastic scattering
340
341   np = 0; nm = 0; nz = 0;
342
343   // number of total particles vs. centre of mass Energy - 2*proton mass
344   
345   G4double aleab = std::log(availableEnergy);
346   G4double n     = 3.62567+aleab*(0.665843+aleab*(0.336514
347                    + aleab*(0.117712+0.0136912*aleab))) - 2.0;
348   
349   // normalization constant for kno-distribution.
350   // calculate first the sum of all constants, check for numerical problems. 
351   G4double test, dum, anpn = 0.0;
352
353   for (nt=1; nt<=numSec; nt++) {
354     test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
355     dum = pi*nt/(2.0*n*n);
356     if (std::fabs(dum) < 1.0) {
357       if( test >= 1.0e-10 )anpn += dum*test;
358     } else { 
359       anpn += dum*test;
360     }
361   }
362   
363   G4double ran = G4UniformRand();
364   G4double excs = 0.0;
365   if( targetCode == protonCode ) 
366     {
367       counter = -1;
368       for (np=0; np<numSec/3; np++) {
369         for (nm=std::max(0,np-2); nm<=(np+1); nm++) {
370           for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
371             if (++counter < numMul) {
372               nt = np+nm+nz;
373               if ( (nt>0) && (nt<=numSec) ) {
374                 test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
375                 dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
376                 if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
377                   if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
378                 } else { 
379                   excs += dum*test;
380                 }
381                 if (ran < excs) goto outOfLoop;      //--------------------->
382               }   
383             }
384           }
385         }
386       }
387       // 3 previous loops continued to the end
388
389       inElastic = false;                 // quasi-elastic scattering   
390       return;
391     }
392   else   
393     {                                         // target must be a neutron
394       counter = -1;
395       for (np=0; np<numSec/3; np++) {
396         for (nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+2); nm++) {
397           for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
398             if (++counter < numMul) {
399               nt = np+nm+nz;
400               if ( (nt>=1) && (nt<=numSec) ) {
401                 test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
402                 dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
403                 if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
404                   if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
405                 } else { 
406                   excs += dum*test;
407                 }
408                 if (ran < excs) goto outOfLoop;       // ------------->
409               }
410             }
411           }
412         }
413       }
414                                  // 3 previous loops continued to the end
415       inElastic = false;         // quasi-elastic scattering.
416       return;
417     }
418 
419   outOfLoop:           //  <--------------------------------------------   
420   
421   ran = G4UniformRand();
422   if( targetCode == protonCode)
423     {
424       if( np == nm)
425         { 
426           if (ran < 0.25)
427             { 
428             }
429           else if(ran < 0.5)
430             {
431               pv[0] = SigmaZero;
432             } 
433           else 
434             {
435               pv[0] = SigmaPlus;   
436               pv[1] = Neutron;
437             }
438         }
439       else if (np == (nm+1))
440         {
441           if( G4UniformRand() < 0.25)
442             {
443               pv[1] = Neutron;
444             }
445           else if(ran < 0.5)
446             {
447               pv[0] = SigmaZero;
448               pv[1] = Neutron; 
449             }
450           else
451             {
452               pv[0] = SigmaMinus;
453             }
454         }
455       else if (np == (nm-1))     
456         {
457           pv[0] = SigmaPlus;
458         } 
459       else
460         {
461           pv[0] = SigmaMinus;
462           pv[1] = Neutron;
463         } 
464     } 
465   else
466     {
467       if (np == nm)
468         {
469           if(ran < 0.5) 
470             {
471             }
472           else
473             {
474               pv[0] = SigmaMinus;
475               pv[1] = Proton;
476             }
477         } 
478       else if (np == (nm-1))
479         { 
480           if( ran < 0.25)
481             {
482               pv[1] = Proton;
483             }
484           else if(ran < 0.5)               
485             {
486               pv[0] = SigmaZero;
487               pv[1] = Proton;
488             }
489           else
490             {
491               pv[1] = SigmaPlus;
492             }
493         } 
494       else if (np == (1+nm))
495         {
496           pv[0] = SigmaMinus;
497         }
498       else
499         {
500           pv[0] = SigmaPlus; 
501           pv[1] = Proton;
502         }
503     }     
504
505
506   nt = np + nm + nz;
507   while ( nt > 0)
508       {
509         G4double ran = G4UniformRand();
510         if ( ran < (G4double)np/nt)
511            { 
512              if( np > 0 ) 
513                { pv[vecLen++] = PionPlus;
514                  np--;
515                }
516            }
517         else if ( ran < (G4double)(np+nm)/nt)
518            {   
519              if( nm > 0 )
520                { 
521                  pv[vecLen++] = PionMinus;
522                  nm--;
523                }
524            }
525         else
526            {
527              if( nz > 0 )
528                { 
529                  pv[vecLen++] = PionZero;
530                  nz--;
531                }
532            }
533         nt = np + nm + nz;
534       } 
535   if (verboseLevel > 1)
536      {
537        G4cout << "Particles produced: " ;
538        G4cout << pv[0].getName() << " " ;
539        G4cout << pv[1].getName() << " " ;
540        for (i=2; i < vecLen; i++)   
541            { 
542              G4cout << pv[i].getName() << " " ;
543            }
544         G4cout << G4endl;
545      }
546   return;
547 }
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.