تعریف چشمه (1)

تعریف چشمه (1)

یکی از کلاس‌های اجباری در Geant4 کلاس PrimaryGeneratorAction است.
پس از طراحی هندسه در DetectorConstruction، دومین قدم طراحی تابش است.
 در این بخش طراحی تابش به کمک کلاس G4Particle gun  توضیح داده خواهد شد.
 در این روش باید از زبان C++ برای طراحی کمک گرفت.
 در این کلاس ذره تابشی، انرژی آن، محل و جهت تابش آن تعیین می‌شود.
 ذره تابشی تولید نمی‌شود، فقط فراخوانی می‌گردد.

 برای درک بهتر مثال B1 را باز کنید و از فولدر Src کلاس B1PrimaryGeneratorAction را باز کنید. 

اطلاعات برنامه  از نسخه 10.5  توضیح داده می‌شود.

---

 خط 54 تا 59 به تعریف ذره تابشی پرداخته است

  G4ParticleTable* particleTable = G4ParticleTable::GetParticleTable();

  G4String particleName;

  G4ParticleDefinition* particle

    = particleTable->FindParticle(particleName="gamma");  

ذره تابشی: گاما

می‌توانید به جای ذره گاما هر ذره یا یونی را بگذارید.

لطفاً تعریف نوع ذره را در مثال‌های دیگر نگاه کنید.

روش مقایسه یک دستور در مثال‌های مختلف روش بسیار مفیدی برای درک دستورات C++ و نیز Geant4 است.

---

  fParticleGun->SetParticleDefinition(particle);

  fParticleGun->SetParticleMomentumDirection(G4ThreeVector(0.,0.,1.));

جهت تابش: در راستای مثبت محور z

اگر عدد اول ، یک باشد و باقی صفر؛ یعنی  تابش در جهت مثبت محورX  است.

لطفاً باز هم تعریف جهت تابش  را در مثال‌های دیگر نگاه کنید.

---

  fParticleGun->SetParticleEnergy(6.*MeV);

انرژی ذره تابشی 6: مگا الکترون

برای تعریف کیلو الکترون ولت از نماد keV  استفاده نمایید.

---

•     خط 108 هم محل تابش را تعریف کرده است البته در خطوط قبلی مکان (x0,y0,z0) را تعیین کرده است. شما می‌توانید هر مقدار عددی دیگری را (حتما یکای آن را در کنارش، خودتان بنویسید) به جای این سه مختصه تعریف کنید:

fParticleGun->SetParticlePosition(G4ThreeVector(x0,y0,z0));

x0,y0,z0  مکان و نقطه آغاز تابش است.

---

•     نکته مهمی در این مثال هست که استفاده از کلاسی است که اعداد تصادفی می‌سازد. این کلاس عددی بین صفر و یک به صورت تصادفی تولید می‌کند.

G4UniformRand()

•     اگر بخواهید که هر ذره تابشی هر بار در یک مکان و جهت خاصی تابیده شود می‌توانید با نوشتن برنامه‌ای ساده آن را تعریف کنید.
•     برای مثال اگر بخواهید تابش از صفحه مربعی به اضلاع 10 سانتی‌متر و در صفحه z ثابت 10 سانتی‌متر و متقارن نسبت به محور z تابیده شود از دستور زیر استفاده کنید. با تکرار تابش برای تعدادی ذره مشاهده خواهید کرد که تابش از یک صفحه مربع شکل و در همان جهت مثبت z تابیده می‌شود.  در مثال زیر عدد کمینه -5 و عدد بیشینه +5 است.

G4double x0 = 10*cm* G4UniformRand()-5*cm;

G4double y0 = 10*cm* G4UniformRand()-5*cm;

G4double z0 = 10*cm;

---

•     در عبارت (a-b)*G4UniformRand()+b، اگر عدد تصادفی کمینه صفر باشد، عدد تولیدی b است و اگر عدد تصادفی بیشینه یک باشد، عدد تولیدی a می‌شود. یعنی با تکرار برنامه و تابش‌ اعداد تصادفی بین دو مقدار کمینه b و بیشینه a ساخته خواهد شد.
•      اگر بخواهید جهت را هم خودتان تعریف کنید مثلاً می‌توانید با کمک کلاس تولید عدد تصادفی، زاویه تصادفی بسازید و بعد براساس آن جهت تابش را تعیین کنید

G4double angle = (G4UniformRand()-….);

particleGun->SetParticleMomentumDirection (G4ThreeVector(sin(angle),0.,cos(angle)));

---

•     در مثال B3 ذره تابشی، یک یون خاص تعریف شده است:

    //fluorine

    G4int Z = 9, A = 18;

    G4double ionCharge   = 0.*eplus;

    G4double excitEnergy = 0.*keV;

    G4ParticleDefinition* ion

       = G4IonTable::GetIonTable()->GetIon(Z,A,excitEnergy);

    fParticleGun->SetParticleDefinition(ion);

    fParticleGun->SetParticleCharge(ionCharge);

---

•     در مثال wvalue  در آدرس  examples/extended/medical/dna/wvalue/، جهت تابش به صورت تصادفی تعریف شده است:

  fParticleGun->SetParticleMomentumDirection(G4RandomDirection());

 به ابتدای کلاس توجه کنید تا ببینید برای استفاده از این تابع تولید جهت تصادفی، چه کلاسی include شده است.

---

•     پیشنهاد می‌کنم با این دید اولیه، مثال‌های دیگر را ببنید تا درک بهتری از تعریف تابش با کمک G4Particle gun پیدا کنید.
•      به کمک این روش می‌توانید تابش‌های پیچیده‌ای که ممکن است برای پژوهش‌تان نیاز است طراحی کنید.
•      برای مثال می‌توانید به طور همزمان چندین ذره تابشی را وارد هندسه کنید.

---

•      یا انواع متفاوتی ذره تابشی را تعریف نمایید:

     G4ParticleDefinition* particle;

     G4int i = (int)(5.*G4UniformRand());

     switch(i) {

         case 0:  particle = positron;  break;

        case 1: particle=proton;  break;

         ...

---

تعریف طیف انرژی

یکی از روش‌های تعریف طیف انرژی در تابش بدین صورت است:

• بخش زیر،  در شروع کلاس باید نوشته شود:

  G4int numberParticles = 1;
 particleGun = new G4ParticleGun(numberParticles);
  
  // Gamma energy spectrum ...
  energySpectrum.push_back(0.783913);
  energySpectrum.push_back(0.170416);
  energySpectrum.push_back(0.045671);  
بخش دوم، در ادامه خط زیر  نوشته شود:
  particleGun->SetParticleMomentumDirection(direction);
G4double random = G4UniformRand();

  G4double sum = 0;

  G4int i = 0;

  while(sum<random){sum+=energySpectrum[i];

  i++;}

  // energy spectrum

  if(i==1){primaryParticleEnergy = 27.4*keV;}

  else{ 

    if(i==2){primaryParticleEnergy = 31.4*keV;}

    else {primaryParticleEnergy = 35.5*keV;}}

  particleGun->SetParticleEnergy(primaryParticleEnergy);
نمونه کلاس کامل را دانلود کنید تا درک بهتری برای تعریف طیف داشته باشید.
می‌توانید در مثال‌های دیگر، انواع تعریف تابش را هم مشاهده و درک نمایید.

---

• پیشنهاد می‌کنم بعد درک اولیه  از روش تعریف تابش با  G4Particle gun،  این دو مثال را هم ببنید و سعی نمایید درک نمایید:
•     Desktop/examples/extended/eventgenerator/particleGun
•         examples/advanced/xray_fluorescence

---

همچنین خوب هست در این مرحله،  به فولدر incluce  بروید و کلاس B1PrimaryGeneratorAction.hh را باز کنید و سعی کنید ارتباط آن با کلاس .cc مرتبط را درک نمایید.