آموزش تعریف مواد در ابزار Geant4
در شبیه‌سازی‌های فیزیک ذرات با استفاده از Geant4، تعریف دقیق مواد از اهمیت حیاتی برخوردار است. مواد در طبیعت از ترکیبات شیمیایی و مخلوط‌هایی از عناصر تشکیل شده‌اند که خود این عناصر نیز از ایزوتوپ‌های مختلف ساخته شده‌اند. Geant4 با ارائه سه کلاس اصلی به شما امکان می‌دهد تا این ساختارهای پیچیده را به دقت مدل کنید.
فهرست مطالب
کلاس‌های اصلی برای تعریف مواد
1. کلاس G4Isotope
این کلاس برای تعریف ایزوتوپ‌ها استفاده می‌شود و خواص اتمی مانند:
-
عدد اتمی (Z)
-
تعداد نوکلئون‌ها (N)
-
جرم مولی
را مشخص می‌کند.
مثال تعریف ایزوتوپ:
G4Isotope* U235 = new G4Isotope("U235", 92, 235, 235.0439*g/mole);
G4Isotope* U238 = new G4Isotope("U238", 92, 238, 238.0508*g/mole);2. کلاس G4Element
این کلاس برای تعریف عناصر استفاده می‌شود و می‌تواند شامل:
-
یک ایزوتوپ (عنصر خالص)
-
چند ایزوتوپ (عنصر طبیعی)
باشد.
مثال تعریف عنصر:
// تعریف عنصر از یک ایزوتوپ
G4Element* elO = new G4Element("Oxygen", "O", 8., 16.00*g/mole);
// تعریف عنصر از چند ایزوتوپ (اورانیوم غنی شده)
G4Element* enrichedU = new G4Element("Enriched Uranium", "U", 2);
enrichedU->AddIsotope(U235, 90.*perCent);
enrichedU->AddIsotope(U238, 10.*perCent);3. کلاس G4Material
این کلاس خواص ماکروسکوپیک مواد را توصیف می‌کند و شامل:
-
چگالی
-
حالت ماده (جامد، مایع، گاز)
-
ترکیب عناصر یا مواد دیگر
می‌شود.
روش‌های مختلف تعریف مواد
1. تعریف مواد ساده
G4Material* Ar = new G4Material("Argon", 18., 39.95*g/mole, 1.782*mg/cm3);
2. تعریف مولکول‌ها
G4Material* water = new G4Material("Water", 1.000*g/cm3, 2);
water->AddElement(elH, 2);
water->AddElement(elO, 1);3. تعریف مخلوط بر حسب درصد جرمی
G4Material* air = new G4Material("Air", 1.290*mg/cm3, 2);
air->AddElement(elN, 70.*perCent);
air->AddElement(elO, 30.*perCent);4. تعریف گازها و خلأ
// تعریف CO2 به عنوان گاز
G4Material* CO2 = new G4Material("CarbonicGas", 1.842*mg/cm3, 2,
kStateGas, 293.15*kelvin, 1.*atmosphere);
CO2->AddElement(elC, 1);
CO2->AddElement(elO, 2);
// تعریف خلأ
G4Material* vacuum = new G4Material("Vacuum", 1.e-25*g/cm3, 1,
kStateGas, 2.73*kelvin, 3.e-18*pascal);
vacuum->AddElement(elH, 1);5. استفاده از پایگاه داده داخلی Geant4
Geant4 دارای یک پایگاه داده داخلی از مواد و عناصر متداول است:
G4NistManager* nist = G4NistManager::Instance();
// دریافت مواد از پایگاه داده
G4Material* water = nist->FindOrBuildMaterial("G4_WATER");
G4Material* air = nist->FindOrBuildMaterial("G4_AIR");
G4Material* lead = nist->FindOrBuildMaterial("G4_Pb");
// دریافت عناصر از پایگاه داده
G4Element* carbon = nist->FindOrBuildElement("C");
G4Element* oxygen = nist->FindOrBuildElement("O");نکات مهم
-
واحدها: Geant4 از سیستم واحدهای داخلی استفاده می‌کند که مبتنی بر MeV, mm, ns است.
-
حالت‌های ماده:
-
kStateSolid(جامد) -
kStateLiquid(مایع) -
kStateGas(گاز)
-
-
مواد پیشرفته: می‌توان خواص نوری، مغناطیسی و دیگر ویژگی‌های مواد را نیز تعریف کرد.
-
کارایی: استفاده از مواد تعریف شده در پایگاه داده داخلی معمولاً کارایی بهتری دارد.
