source: trunk/source/processes/hadronic/models/high_energy/src/G4HEXiMinusInelastic.cc @ 1348

Last change on this file since 1348 was 1347, checked in by garnier, 14 years ago

geant4 tag 9.4
File size: 18.7 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: G4HEXiMinusInelastic.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 "G4HEXiMinusInelastic.hh"
43
44G4HadFinalState*
45G4HEXiMinusInelastic::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 << "GHEXiMinusInelastic: incident energy < 1 GeV" << G4endl;
65
66  if (verboseLevel > 1) {
67    G4cout << "G4HEXiMinusInelastic::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  FirstIntInCasXiMinus(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
166  FillParticleChange(pv, vecLength);
167  delete [] pv;
168  theParticleChange.SetStatusChange(stopAndKill);
169  return &theParticleChange;
170}
171
172
173void
174G4HEXiMinusInelastic::FirstIntInCasXiMinus(G4bool& inElastic,
175                                           const G4double availableEnergy,
176                                           G4HEVector pv[],
177                                           G4int& vecLen,
178                                           const G4HEVector& incidentParticle,
179                                           const G4HEVector& targetParticle,
180                                           const G4double atomicWeight)
181
182// Xi0 undergoes interaction with nucleon within a nucleus.  Check if it is
183// energetically possible to produce pions/kaons.  In not, assume nuclear excitation
184// occurs and input particle is degraded in energy. No other particles are produced.
185// If reaction is possible, find the correct number of pions/protons/neutrons
186// produced using an interpolation to multiplicity data.  Replace some pions or
187// protons/neutrons by kaons or strange baryons according to the average
188// multiplicity per inelastic reaction.
189{
190  static const G4double expxu = std::log(MAXFLOAT); // upper bound for arg. of exp
191  static const G4double expxl = -expxu;             // lower bound for arg. of exp
192
193  static const G4double protb = 0.7;
194  static const G4double neutb = 0.7;             
195  static const G4double     c = 1.25;
196
197  static const G4int numMul = 1200;
198  static const G4int numSec = 60;
199
200  G4int neutronCode = Neutron.getCode();
201  G4int protonCode = Proton.getCode();
202
203  G4int targetCode = targetParticle.getCode();
204  G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
205
206  static G4bool first = true;
207  static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec];  // proton constants
208  static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec];  // neutron constants
209
210  //  misc. local variables
211  //  np = number of pi+,  nm = number of pi-,  nz = number of pi0
212
213  G4int i, counter, nt, np, nm, nz;
214
215   if( first ) 
216     {   // compute normalization constants, this will only be done once
217       first = false;
218       for( i=0; i<numMul; i++ )protmul[i]  = 0.0;
219       for( i=0; i<numSec; i++ )protnorm[i] = 0.0;
220       counter = -1;
221       for( np=0; np<(numSec/3); np++ ) 
222          {
223            for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); nm++ ) 
224               {
225                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
226                    {
227                      if( ++counter < numMul ) 
228                        {
229                          nt = np+nm+nz;
230                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
231                            {
232                              protmul[counter] = pmltpc(np,nm,nz,nt,protb,c);
233                              protnorm[nt-1] += protmul[counter];
234                            }
235                        }
236                    }
237               }
238          }
239       for( i=0; i<numMul; i++ )neutmul[i]  = 0.0;
240       for( i=0; i<numSec; i++ )neutnorm[i] = 0.0;
241       counter = -1;
242       for( np=0; np<numSec/3; np++ ) 
243          {
244            for( nm=np; nm<=(np+2); nm++ ) 
245               {
246                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
247                    {
248                      if( ++counter < numMul ) 
249                        {
250                          nt = np+nm+nz;
251                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
252                            {
253                               neutmul[counter] = pmltpc(np,nm,nz,nt,neutb,c);
254                               neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
255                            }
256                        }
257                    }
258               }
259          }
260       for( i=0; i<numSec; i++ ) 
261          {
262            if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
263            if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
264          }
265     }                                          // end of initialization
266
267         
268                                              // initialize the first two places
269                                              // the same as beam and target                                   
270   pv[0] = incidentParticle;
271   pv[1] = targetParticle;
272   vecLen = 2;
273
274   if( !inElastic ) 
275     {                                     // quasi-elastic scattering, no pions produced
276       G4double cech[] = {0.50, 0.45, 0.40, 0.35, 0.30, 0.25, 0.06, 0.04, 0.005, 0.};
277       G4int iplab = G4int( std::min( 9.0, incidentTotalMomentum*2.5 ) );
278       if( G4UniformRand() < cech[iplab]/std::pow(atomicWeight,0.42) ) 
279         {                                           
280           G4double ran = G4UniformRand();
281           if( targetCode == neutronCode)
282             {
283               if (ran < 0.2)
284                 {
285                   pv[0] = SigmaMinus;
286                   pv[1] = SigmaZero;
287                 } 
288               else if (ran < 0.4)
289                 {
290                   pv[0] = SigmaZero;
291                   pv[1] = SigmaMinus;
292                 }
293               else if (ran < 0.6)
294                 {
295                   pv[0] = SigmaMinus;
296                   pv[1] = Lambda;
297                 }
298               else if (ran < 0.8)
299                 {
300                   pv[0] = Lambda;
301                   pv[1] = SigmaMinus;
302                 }
303               else
304                 {
305                   pv[0] = Neutron;
306                   pv[1] = XiMinus;
307                 }         
308             }             
309           else
310             { 
311               if (ran < 0.2)
312                 {
313                   pv[0] = SigmaZero;
314                   pv[1] = SigmaZero; 
315                 }
316               else if (ran < 0.3)
317                 {
318                   pv[0] = Lambda;
319                   pv[1] = Lambda;
320                 }
321               else if (ran < 0.4)
322                 {
323                   pv[0] = SigmaZero;
324                   pv[1] = Lambda;
325                 } 
326               else if (ran < 0.5)
327                 {
328                   pv[0] = Lambda;
329                   pv[1] = SigmaZero;
330                 }
331               else if (ran < 0.7)
332                 {
333                   pv[0] = SigmaZero;
334                   pv[1] = Neutron;
335                 } 
336               else if (ran < 0.8)
337                 {
338                   pv[0] = Neutron;
339                   pv[1] = SigmaZero;
340                 }
341               else
342                 {
343                   pv[0] = Proton;
344                   pv[1] = XiMinus;
345                 } 
346             }
347         }
348       return;
349     }
350   else if (availableEnergy <= PionPlus.getMass())
351       return;
352
353                                                  //   inelastic scattering
354
355   np = 0; nm = 0; nz = 0;
356
357//                    number of total particles vs. centre of mass Energy - 2*proton mass
358   
359   G4double aleab = std::log(availableEnergy);
360   G4double n     = 3.62567+aleab*(0.665843+aleab*(0.336514
361                    + aleab*(0.117712+0.0136912*aleab))) - 2.0;
362   
363//                    normalization constant for kno-distribution.
364//                    calculate first the sum of all constants, check for numerical problems.             
365   G4double test, dum, anpn = 0.0;
366
367   for (nt=1; nt<=numSec; nt++) {
368     test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
369     dum = pi*nt/(2.0*n*n);
370     if (std::fabs(dum) < 1.0) {
371       if (test >= 1.0e-10) anpn += dum*test;
372     } else { 
373       anpn += dum*test;
374     }
375   }
376   
377   G4double ran = G4UniformRand();
378   G4double excs = 0.0;
379   if( targetCode == protonCode ) 
380     {
381       counter = -1;
382       for (np=0; np<numSec/3; np++) {
383         for (nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); nm++) {
384           for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
385             if (++counter < numMul) {
386               nt = np+nm+nz;
387               if ( (nt>0) && (nt<=numSec) ) {
388                 test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
389                 dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
390                 if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
391                   if (test >= 1.0e-10) excs += dum*test;
392                 } else { 
393                   excs += dum*test;
394                 }
395                 if (ran < excs) goto outOfLoop;      //----------------------->
396               }
397             }
398           }
399         }
400       }
401       
402       // 3 previous loops continued to the end
403       inElastic = false;                 // quasi-elastic scattering   
404       return;
405     }
406   else   
407     {                                         // target must be a neutron
408       counter = -1;
409       for (np=0; np<numSec/3; np++) {
410         for (nm=np; nm<=(np+2); nm++) { 
411           for( nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
412             if (++counter < numMul) {
413               nt = np+nm+nz;
414               if ( (nt>=1) && (nt<=numSec) ) {
415                 test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
416                 dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
417                 if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
418                   if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
419                 } else { 
420                   excs += dum*test;
421                 }
422                 if (ran < excs) goto outOfLoop;       // --------------------->
423               }
424             }
425           }
426         }
427       }
428       // 3 previous loops continued to the end
429       inElastic = false;                         // quasi-elastic scattering.
430       return;
431     }
432 
433   outOfLoop:           //  <---------------------------------------------------   
434   
435                                                   // in the following we do not consider
436   ran = G4UniformRand();                          // strangeness transfer in high multiplicity
437   if( targetCode == neutronCode)                  // events. YK combinations are added in
438     {                                             // StrangeParticlePairProduction
439       if( np == nm)
440         { 
441         }
442       else if (np == (nm-1))
443         {
444           if( ran < 0.50)
445             {
446               pv[0] = XiZero;
447             }
448           else
449             {
450               pv[1] = Proton;
451             }
452         }
453       else
454         {
455           pv[0] = XiZero;
456           pv[1] = Proton;
457         }   
458     } 
459   else
460     {
461       if (np == nm)
462         {
463           if (ran < 0.5) 
464             {
465             }
466           else
467             {
468               pv[0] = XiZero;
469               pv[1] = Neutron;
470             } 
471         } 
472       else if (np == (nm+1))
473         { 
474           pv[1] = Neutron;
475         } 
476       else 
477         {
478           pv[0] = XiZero;
479         }
480     }     
481
482
483   nt = np + nm + nz;
484   while ( nt > 0)
485       {
486         G4double ran = G4UniformRand();
487         if ( ran < (G4double)np/nt)
488            { 
489              if( np > 0 ) 
490                { pv[vecLen++] = PionPlus;
491                  np--;
492                }
493            }
494         else if ( ran < (G4double)(np+nm)/nt)
495            {   
496              if( nm > 0 )
497                { 
498                  pv[vecLen++] = PionMinus;
499                  nm--;
500                }
501            }
502         else
503            {
504              if( nz > 0 )
505                { 
506                  pv[vecLen++] = PionZero;
507                  nz--;
508                }
509            }
510         nt = np + nm + nz;
511       } 
512   if (verboseLevel > 1)
513      {
514        G4cout << "Particles produced: " ;
515        G4cout << pv[0].getName() << " " ;
516        G4cout << pv[1].getName() << " " ;
517        for (i=2; i < vecLen; i++)   
518            { 
519              G4cout << pv[i].getName() << " " ;
520            }
521         G4cout << G4endl;
522      }
523   return;
524 }
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.