source: trunk/source/processes/hadronic/models/rpg/src/G4RPGAntiNeutronInelastic.cc

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

update ti head
File size: 18.5 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: G4RPGAntiNeutronInelastic.cc,v 1.1 2007/07/18 21:04:20 dennis Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-03-ref-09 $
28//
29 
30#include "G4RPGAntiNeutronInelastic.hh"
31#include "Randomize.hh"
32
33G4HadFinalState*
34G4RPGAntiNeutronInelastic::ApplyYourself( const G4HadProjectile &aTrack,
35                                          G4Nucleus &targetNucleus )
36{ 
37  const G4HadProjectile *originalIncident = &aTrack;
38
39  // create the target particle
40
41  G4DynamicParticle *originalTarget = targetNucleus.ReturnTargetParticle();
42   
43    if( verboseLevel > 1 )
44    {
45      const G4Material *targetMaterial = aTrack.GetMaterial();
46      G4cout << "G4RPGAntiNeutronInelastic::ApplyYourself called" << G4endl;
47      G4cout << "kinetic energy = " << originalIncident->GetKineticEnergy()/MeV << "MeV, ";
48      G4cout << "target material = " << targetMaterial->GetName() << ", ";
49      G4cout << "target particle = " << originalTarget->GetDefinition()->GetParticleName()
50           << G4endl;
51    }
52    //
53    // Fermi motion and evaporation
54    // As of Geant3, the Fermi energy calculation had not been Done
55    //
56    G4double ek = originalIncident->GetKineticEnergy()/MeV;
57    G4double amas = originalIncident->GetDefinition()->GetPDGMass()/MeV;
58    G4ReactionProduct modifiedOriginal;
59    modifiedOriginal = *originalIncident;
60   
61    G4double tkin = targetNucleus.Cinema( ek );
62    ek += tkin;
63    modifiedOriginal.SetKineticEnergy( ek*MeV );
64    G4double et = ek + amas;
65    G4double p = std::sqrt( std::abs((et-amas)*(et+amas)) );
66    G4double pp = modifiedOriginal.GetMomentum().mag()/MeV;
67    if( pp > 0.0 )
68    {
69      G4ThreeVector momentum = modifiedOriginal.GetMomentum();
70      modifiedOriginal.SetMomentum( momentum * (p/pp) );
71    }
72    //
73    // calculate black track energies
74    //
75    tkin = targetNucleus.EvaporationEffects( ek );
76    ek -= tkin;
77    modifiedOriginal.SetKineticEnergy( ek*MeV );
78    et = ek + amas;
79    p = std::sqrt( std::abs((et-amas)*(et+amas)) );
80    pp = modifiedOriginal.GetMomentum().mag()/MeV;
81    if( pp > 0.0 )
82    {
83      G4ThreeVector momentum = modifiedOriginal.GetMomentum();
84      modifiedOriginal.SetMomentum( momentum * (p/pp) );
85    }
86   
87    G4ReactionProduct currentParticle = modifiedOriginal;
88    G4ReactionProduct targetParticle;
89    targetParticle = *originalTarget;
90    currentParticle.SetSide( 1 ); // incident always goes in forward hemisphere
91    targetParticle.SetSide( -1 );  // target always goes in backward hemisphere
92    G4bool incidentHasChanged = false;
93    G4bool targetHasChanged = false;
94    G4bool quasiElastic = false;
95    G4FastVector<G4ReactionProduct,GHADLISTSIZE> vec;  // vec will contain the secondary particles
96    G4int vecLen = 0;
97    vec.Initialize( 0 );
98   
99    const G4double cutOff = 0.1*MeV;
100    const G4double anni = std::min( 1.3*currentParticle.GetTotalMomentum()/GeV, 0.4 );
101   
102    if( (currentParticle.GetKineticEnergy()/MeV > cutOff) ||
103        (G4UniformRand() > anni) )
104      Cascade( vec, vecLen,
105               originalIncident, currentParticle, targetParticle,
106               incidentHasChanged, targetHasChanged, quasiElastic );
107    else
108      quasiElastic = true;
109   
110    CalculateMomenta( vec, vecLen,
111                      originalIncident, originalTarget, modifiedOriginal,
112                      targetNucleus, currentParticle, targetParticle,
113                      incidentHasChanged, targetHasChanged, quasiElastic );
114   
115    SetUpChange( vec, vecLen,
116                 currentParticle, targetParticle,
117                 incidentHasChanged );
118   
119  delete originalTarget;
120  return &theParticleChange;
121}
122
123 
124void G4RPGAntiNeutronInelastic::Cascade(
125   G4FastVector<G4ReactionProduct,GHADLISTSIZE> &vec,
126   G4int& vecLen,
127   const G4HadProjectile *originalIncident,
128   G4ReactionProduct &currentParticle,
129   G4ReactionProduct &targetParticle,
130   G4bool &incidentHasChanged,
131   G4bool &targetHasChanged,
132   G4bool &quasiElastic )
133{
134  // Derived from H. Fesefeldt's original FORTRAN code CASNB
135  // AntiNeutron undergoes interaction with nucleon within a nucleus.  Check if it is
136  // energetically possible to produce pions/kaons.  In not, assume nuclear excitation
137  // occurs and input particle is degraded in energy. No other particles are produced.
138  // If reaction is possible, find the correct number of pions/protons/neutrons
139  // produced using an interpolation to multiplicity data.  Replace some pions or
140  // protons/neutrons by kaons or strange baryons according to the average
141  // multiplicity per Inelastic reaction.
142
143  const G4double mOriginal = originalIncident->GetDefinition()->GetPDGMass()/MeV;
144  const G4double etOriginal = originalIncident->GetTotalEnergy()/MeV;
145  const G4double pOriginal = originalIncident->GetTotalMomentum()/MeV;
146  const G4double targetMass = targetParticle.GetMass()/MeV;
147  G4double centerofmassEnergy = std::sqrt( mOriginal*mOriginal +
148                                      targetMass*targetMass +
149                                      2.0*targetMass*etOriginal );
150  G4double availableEnergy = centerofmassEnergy-(targetMass+mOriginal);
151   
152    static G4bool first = true;
153    const G4int numMul = 1200;
154    const G4int numMulA = 400;
155    const G4int numSec = 60;
156    static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec]; // proton constants
157    static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec]; // neutron constants
158    static G4double protmulA[numMulA], protnormA[numSec]; // proton constants
159    static G4double neutmulA[numMulA], neutnormA[numSec]; // neutron constants
160    // np = number of pi+, nm = number of pi-, nz = number of pi0
161    G4int counter, nt=0, np=0, nm=0, nz=0;
162    G4double test;
163    const G4double c = 1.25;   
164    const G4double b[] = { 0.70, 0.70 };
165    if( first )       // compute normalization constants, this will only be Done once
166    {
167      first = false;
168      G4int i;
169      for( i=0; i<numMul; ++i )protmul[i] = 0.0;
170      for( i=0; i<numSec; ++i )protnorm[i] = 0.0;
171      counter = -1;
172      for( np=0; np<(numSec/3); ++np )
173      {
174        for( nm=std::max(0,np-2); nm<=np; ++nm )
175        {
176          for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
177          {
178            if( ++counter < numMul )
179            {
180              nt = np+nm+nz;
181              if( nt>0 && nt<=numSec )
182              {
183                protmul[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[0],c);
184                protnorm[nt-1] += protmul[counter];
185              }
186            }
187          }
188        }
189      }
190      for( i=0; i<numMul; ++i )neutmul[i] = 0.0;
191      for( i=0; i<numSec; ++i )neutnorm[i] = 0.0;
192      counter = -1;
193      for( np=0; np<numSec/3; ++np )
194      {
195        for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); ++nm )
196        {
197          for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
198          {
199            if( ++counter < numMul )
200            {
201              nt = np+nm+nz;
202              if( (nt>0) && (nt<=numSec) )
203              {
204                neutmul[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[1],c);
205                neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
206              }
207            }
208          }
209        }
210      }
211      for( i=0; i<numSec; ++i )
212      {
213        if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
214        if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
215      }
216      //
217      // do the same for annihilation channels
218      //
219      for( i=0; i<numMulA; ++i )protmulA[i] = 0.0;
220      for( i=0; i<numSec; ++i )protnormA[i] = 0.0;
221      counter = -1;
222      for( np=1; np<(numSec/3); ++np )
223      {
224        nm = np-1;
225        for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
226        {
227          if( ++counter < numMulA )
228          {
229            nt = np+nm+nz;
230            if( nt>1 && nt<=numSec )
231            {
232              protmulA[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[0],c);
233              protnormA[nt-1] += protmulA[counter];
234            }
235          }
236        }
237      }
238      for( i=0; i<numMulA; ++i )neutmulA[i] = 0.0;
239      for( i=0; i<numSec; ++i )neutnormA[i] = 0.0;
240      counter = -1;
241      for( np=0; np<numSec/3; ++np )
242      {
243        nm = np;
244        for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
245        {
246          if( ++counter < numMulA )
247          {
248            nt = np+nm+nz;
249            if( nt>1 && nt<=numSec )
250            {
251              neutmulA[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[1],c);
252              neutnormA[nt-1] += neutmulA[counter];
253            }
254          }
255        }
256      }
257      for( i=0; i<numSec; ++i )
258      {
259        if( protnormA[i] > 0.0 )protnormA[i] = 1.0/protnormA[i];
260        if( neutnormA[i] > 0.0 )neutnormA[i] = 1.0/neutnormA[i];
261      }
262    }   // end of initialization
263    const G4double expxu = 82.;           // upper bound for arg. of exp
264    const G4double expxl = -expxu;        // lower bound for arg. of exp
265    G4ParticleDefinition *aNeutron = G4Neutron::Neutron();
266    G4ParticleDefinition *aProton = G4Proton::Proton();
267    G4ParticleDefinition *anAntiProton = G4AntiProton::AntiProton();
268    G4ParticleDefinition *aPiPlus = G4PionPlus::PionPlus();
269   
270    // energetically possible to produce pion(s)  -->  inelastic scattering
271    //                                   otherwise quasi-elastic scattering
272   
273    const G4double anhl[] = {1.00,1.00,1.00,1.00,1.00,1.00,1.00,1.00,0.97,0.88,
274                             0.85,0.81,0.75,0.64,0.64,0.55,0.55,0.45,0.47,0.40,
275                             0.39,0.36,0.33,0.10,0.01};
276    G4int iplab = G4int( pOriginal/GeV*10.0 );
277    if( iplab >  9 )iplab = G4int( (pOriginal/GeV- 1.0)*5.0 ) + 10;
278    if( iplab > 14 )iplab = G4int(  pOriginal/GeV- 2.0 ) + 15;
279    if( iplab > 22 )iplab = G4int( (pOriginal/GeV-10.0)/10.0 ) + 23;
280    if( iplab > 24 )iplab = 24;
281    if( G4UniformRand() > anhl[iplab] )
282    {
283      if( availableEnergy <= aPiPlus->GetPDGMass()/MeV )
284      {
285        quasiElastic = true;
286        return;
287      }
288      G4int ieab = static_cast<G4int>(availableEnergy*5.0/GeV);
289      const G4double supp[] = {0.,0.4,0.55,0.65,0.75,0.82,0.86,0.90,0.94,0.98};
290      G4double w0, wp, wt, wm;
291      if( (availableEnergy < 2.0*GeV) && (G4UniformRand() >= supp[ieab]) )
292      {
293        // suppress high multiplicity events at low momentum
294        // only one pion will be produced
295        //
296        np = nm = nz = 0;
297        if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
298        {
299          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(1.0+b[0])*(1.0+b[0])/(2.0*c*c) ) ) );
300          w0 = test;
301          wp = test;
302          if( G4UniformRand() < w0/(w0+wp) )
303            nz = 1;
304          else
305            np = 1;
306        }
307        else  // target is a neutron
308        {
309          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(1.0+b[1])*(1.0+b[1])/(2.0*c*c) ) ) );
310          w0 = test;
311          wp = test;
312          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(-1.0+b[1])*(-1.0+b[1])/(2.0*c*c) ) ) );
313          wm = test;
314          wt = w0+wp+wm;
315          wp += w0;
316          G4double ran = G4UniformRand();
317          if( ran < w0/wt )
318            nz = 1;
319          else if( ran < wp/wt )
320            np = 1;
321          else
322            nm = 1;
323        }
324      }
325      else   // (availableEnergy >= 2.0*GeV) || (random number < supp[ieab])
326      {
327        G4double n, anpn;
328        GetNormalizationConstant( availableEnergy, n, anpn );
329        G4double ran = G4UniformRand();
330        G4double dum, excs = 0.0;
331        if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
332        {
333          counter = -1;
334          for( np=0; np<numSec/3 && ran>=excs; ++np )
335          {
336            for( nm=std::max(0,np-2); nm<=np && ran>=excs; ++nm )
337            {
338              for( nz=0; nz<numSec/3 && ran>=excs; ++nz )
339              {
340                if( ++counter < numMul )
341                {
342                  nt = np+nm+nz;
343                  if( nt > 0 )
344                  {
345                    test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
346                    dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
347                    if( std::fabs(dum) < 1.0 )
348                    {
349                      if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
350                    }
351                    else
352                      excs += dum*test;
353                  }
354                }
355              }
356            }
357          }
358          if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
359          {
360            quasiElastic = true;
361            return;
362          }
363          np--; nm--; nz--;
364        }
365        else  // target must be a neutron
366        {
367          counter = -1;
368          for( np=0; np<numSec/3 && ran>=excs; ++np )
369          {
370            for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1) && ran>=excs; ++nm )
371            {
372              for( nz=0; nz<numSec/3 && ran>=excs; ++nz )
373              {
374                if( ++counter < numMul )
375                {
376                  nt = np+nm+nz;
377                  if( (nt>=1) && (nt<=numSec) )
378                  {
379                    test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
380                    dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
381                    if( std::fabs(dum) < 1.0 )
382                    {
383                      if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
384                    }
385                    else
386                      excs += dum*test;
387                  }
388                }
389              }
390            }
391          }
392          if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
393          {
394            quasiElastic = true;
395            return;
396          }
397          np--; nm--; nz--;
398        }
399      }
400      if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
401      {
402        switch( np-nm )
403        {
404         case 1:
405           if( G4UniformRand() < 0.5 )
406           {
407             currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiProton );
408             incidentHasChanged = true;
409           }
410           else
411           {
412             targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
413             targetHasChanged = true;
414           }
415           break;
416         case 2:
417           currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiProton );
418           targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
419           incidentHasChanged = true;
420           targetHasChanged = true;
421           break;
422         default:
423           break;
424        }
425      }
426      else  // target must be a neutron
427      {
428        switch( np-nm )
429        {
430         case 0:
431           if( G4UniformRand() < 0.33 )
432           {
433             currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiProton );
434             targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aProton );
435             incidentHasChanged = true;
436             targetHasChanged = true;
437           }
438           break;
439         case 1:
440           currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiProton );
441           incidentHasChanged = true;
442           break;
443         default:
444           targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aProton );
445           targetHasChanged = true;
446           break;
447        }
448      }
449    }
450    else   // random number <= anhl[iplab]
451    {
452      if( centerofmassEnergy <= 2*aPiPlus->GetPDGMass()/MeV )
453      {
454        quasiElastic = true;
455        return;
456      }
457      //
458      // annihilation channels
459      //
460      G4double n, anpn;
461      GetNormalizationConstant( -centerofmassEnergy, n, anpn );
462      G4double ran = G4UniformRand();
463      G4double dum, excs = 0.0;
464      if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
465      {
466        counter = -1;
467        for( np=1; (np<numSec/3) && (ran>=excs); ++np )
468        {
469          nm = np-1;
470          for( nz=0; (nz<numSec/3) && (ran>=excs); ++nz )
471          {
472            if( ++counter < numMulA )
473            {
474              nt = np+nm+nz;
475              if( nt>1 && nt<=numSec )
476              {
477                test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
478                dum = (pi/anpn)*nt*protmulA[counter]*protnormA[nt-1]/(2.0*n*n);
479                if( std::fabs(dum) < 1.0 )
480                {
481                  if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
482                }
483                else
484                  excs += dum*test;
485              }
486            }
487          }
488        }
489      }
490      else  // target must be a neutron
491      {
492        counter = -1;
493        for( np=0; (np<numSec/3) && (ran>=excs); ++np )
494        {
495          nm = np;
496          for( nz=0; (nz<numSec/3) && (ran>=excs); ++nz )
497          {
498            if( ++counter < numMulA )
499            {
500              nt = np+nm+nz;
501              if( (nt>1) && (nt<=numSec) )
502              {
503                test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
504                dum = (pi/anpn)*nt*neutmulA[counter]*neutnormA[nt-1]/(2.0*n*n);
505                if( std::fabs(dum) < 1.0 )
506                {
507                  if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
508                }
509                else
510                  excs += dum*test;
511              }
512            }
513          }
514        }
515      }
516      if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
517      {
518        quasiElastic = true;
519        return;
520      }
521      np--; nz--;
522      currentParticle.SetMass( 0.0 );
523      targetParticle.SetMass( 0.0 );
524    }
525    while(np+nm+nz<3) nz++;
526
527  SetUpPions( np, nm, nz, vec, vecLen );
528  return;
529}
530
531 /* end of file */
532 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.