Лабораторная работа 3 Цели

Лабораторная работа 3
Цели
1. Научиться подключать магнитное поле и управлять при помощи него пучками
частиц.
2. Научиться подключать оптические процессы (сцинтилляция, черенок, поглощение
и рассеяние света);
3. Научится задавать немоноэнергетичный источник;
4. Научиться набирать временные спектры.
Описание
В первой части этой лабораторной работе мы будем моделировать установку,
состоящую из источника излучения, сцинтиллятора, фотоумножителя (на самом деле, для
упрощения, будет моделироваться только входное окно фотоумножителя) и отражателя
(директория D:\Student\HEP\lab3\lab3b). Схема геометрии показана на следующем
рисунке:
Отражатель
Источник
Окно
фотоумножителя
(детектор)
Сцинтиллятор
Дополнительно к компонентам (классам) реализованным в прошлой лабораторной
работе будут использоваться следующие классы:
 PhysicsList: к электромагнитным процессам дополнительно добавленны оптические
процессы: черенковское и сцинтилляционное излучение, поглощение, рассеяние,
преломление и отражение света.
 StackingAction: методы этого класса вызываются для каждой новой частицы
рожденной в процессе моделирования, в нашем случае этот класс используется для
подсчета количества фотонов образованных в сцинтилляторе.
 EventAction: методы этого класса вызываются в начале/конце каждого события, и в
программе будут использоваться для отображения прогресса выполнения
моделирования.
 WindowSD: методы этого класса вызываются при прохождении частиц через окно
фотоумножителя и в нашем случае этот класс служит для подсчета количества
долетевших фотонов и их временного распределения.
Связи между классами обозначены на схеме:
RunManager
PhysicsList
DetectorConstruction
WindowSD
RunAction
PrimaryGenerationAction
EventAction
StackingAction
Блоки с жирными рамками – новые классы.
Как и в прошлый раз, новые классы содержат в себе подробные коментарии. Здесь же мы
остановимся на описании основных моментов.
Описание оптических свойств материалов
Для того чтобы оптические процессы могли работать им необходимо “знать”
некоторые дополнительные свойства материалов. Для этого, после того как материал
сконструирован, вызывают его метод SetMaterialPropertiesTable(). В качестве параметра
этому методу передается указатель на класс G4MaterialPropertiesTable, который и
содержит определения дополнительный свойств.
Для того чтобы в материале мог проходить процесс сцинтилляционного излучения
необходимо добавить параметры FASTCOMPONENT (спектр сцинтилляции),
SCINTILLATIONYIELD (величина световыхода), FASTTIMECONSTANT (время
высвечивания). Для работы процесса поглощения света должен быть определен параметр
ABSLENGTH (длинна поглощения – расстояние после прохождния которого
интенисивность пучка света уменьгается в 2 раза). Некоторые из этих параметров
задаются как зависимость от энергии фотона (длинны волны).
Также, для работы процесса отражения и преломления света необходимо
определить характеристики границ между средами (например, полированная или матовая
– что будет определять как свет будет отражаться от поверхности раздела сред: как от
зеркальной поверхности или равномерно рассеиваться).
Все это задается в классе DetectorConstruction. Подробное описание смотрите в
виде коментариев.
Немоэнергетичный источник частиц
Вторая программа (D:\Student\HEP\lab3\lab3a) позволяет моделировать движение
пучков e+/e- и -квантов в магнитном поле, а также моделировать взаимодействие с
детектором (получение спектров детектирования). Описание подключения магнитного
поля дано в D:\Student\HEP\lab3\lab3\DetectorConstruction.cc.
Для того чтобы задавать источник частиц с неколькими линиями излучения
необходимо в методе GeneratePrimaries() класса PrimaryGeneratorAction сделать
несколько вызовов particleGun->GeneratePrimaryVertex(event).
void PrimaryGeneratorAction::GeneratePrimaries(G4Event* event)
{
particleGun->SetParticleMomentumDirection(G4RandomDirection());
particleGun->SetParticleEnergy(1270*keV);
particleGun->GeneratePrimaryVertex(event);
particleGun->SetParticleMomentumDirection(G4RandomDirection());
particleGun->SetParticleEnergy(511*keV);
particleGun->GeneratePrimaryVertex(event);
}
Таким образом, будут выпущены две частицы с энергиями 1270 и 511 кэВ в случайных
направлениях.
Методические задания
1. Просмотрите текст программы моделирования (~\lab3b\) – большинство
информации по работе программы в этой лабораторной работе содержится в виде
коментариев к исходному коду.
2. Сделайте визуализацию геометрии и треков, для этого предварительно уменьшите
световыход сцинциллятора до значения 10 фотонов/МэВ для более наглядного
отображения световых фотонов (иначе их образуется слишком много и нельзя
рассмотреть отдельные).
3. Задайте форму сцинтиллятора в виде усеченного конуса (с помощью класса
G4Cons). Как это повлияло на генерируемые спектры?
4. Исследуйте зависимость временного разрешения от типа отражающей поверхность
между сцинтиллятором и оболочкой: зекальная, матовая (равномерное рассеяние).
5. Как отличаются спекры количества образованных фотонов и фотонов дошедших до
окна фотоумножителя? Почему?
6. Просмотрите текст программы моделирования (\lab3a\). В этой программе
энергия и тип частиц задаётся путём правки листинга программы.
7. Сделайте визуализацию геометрии и треков.
8. Измените код программы так, чтобы направление пучка электронов было
перпендикулярно оси симметрии детектора.
9. Задайте значение магнитного поля. Скомпилируйте программу и визуализируйте
полученную картину.
10. Подберите значение магнитного поля так, чтобы пучёк электронов попадал на
детектор.
11. Измените код программы так, чтобы одновременно вылетали пучкие электронов и
позитронов. Визуализируйте полученную картину.
12. Измените направление пучков так, чтобы они попадали на детектор. Полученный
спектр просмотрите в Exel'е.