Warsztaty GEANT4 oparte na materiałach treningowych (SLAC)

Warsztaty 7:  fotony optyczne





    Proszę:


Proszę powrócić do generacji elektronu zamiast protonu.

- Prawie cała energia elektronu deponowana jest w scyntylatorze poprzez proces jonizacji.
- Wzbudzone atomy mogą emitować fotony optyczne  na skutek luminescencji.
- Pomiar energii elektronu w kolorymetrach oparty jest na zamianie fotonów optycznych na sygnał elektryczny przy użyciu fotopowielacza lub fotodiody.
- W wielu aplikacjach ilość fotonów optycznych jest na tyle duża, że można ten etap symulacji pominąć i założyć że mierzony sygnał elektryczny jest proporcjonalny do energii zdeponowanej w scyntylatorze. W takim podejściu zakładamy, że produkcja i kolekcja fotonów optycznych nie zaburza liniowości i rozdzielczości odpowiedzi detektora. 
- Aby  jednak symulować produkcję fotonów optycznych należy aktywować odpowiednie procesy oraz zdefiniować własności optyczne ośrodka w którym są produkowane. 
- Scyntylator PbWO4 ma w bazie NIST zdefiniowany jedynie skład bez określenia własności optycznych.


Ćwiczenie 1



     a) Proszę zdefiniować własności optyczne PbWO4 jako przykład implementacji proszę wykorzystać kod ze strony GEANT'a  GEANT4 User's Guide
     b) skompilować i uruchomić program sprawdzając,  czy własności optyczne PBWO4 zostały poprawnie zaimplementowane 


Wskazówki:

  - Własności optyczne materiału zapisane są jako elementy tablicy  G4MaterialPropertiesTable  przypisanej do obiektu klasy G4Material za pomocą funkcji SetMaterialPropertiesTable(). Wiersze tablicy G4MaterialPropertiesTable mają postać pary [słowo-kluczowe  ;  wartości] i dodajemy je do tablicy za pomocą funkcji AddConstProperty() gdy  wartość  jest jedna  lub AddProperty gdy wartość zmienia się wraz z energią fotonu.  Własności  scyntylacyjne  określamy za pomocą słów kluczowych:
  "SCINTILLATIONYIELD"    średnia ilość  emitowanych fotonów na jednostkę deponowanej energii  w scyntylatorze
  "RESOLUTIONSCALE"        współczynnik zwiększający dyspersje rozkładu liczby fotonów   sigma=RES*sqrt(N)
  "FASTCOMPONENT"           rozkład  widmowy "szybkich" fotonów
  "FASTTIMECONSTANT"     stała czasowa eksponencjalnego rozkładu czasowego emisji fotonów szybkich
  "SLOWCOMPONENT"  i  "SLOWTIMECONSTANT" dla składowej powolnej.
  "YIELDRATIO"                      względny udział fotonów szybkich    
- Aby sprawdzić jakie wartości są  zapisane w tablicy MaterialPropertiesTable można użyć funkcji DumpTable()      


 Rozwiązanie

FASTCOMPONENT
MPV[0]: (6.6e-06, 0.000134)
MPV[1]: (6.7e-06, 0.004432)
MPV[2]: (6.8e-06, 0.053991)
MPV[3]: (6.9e-06, 0.241971)
MPV[4]: (7e-06, 0.398942)
MPV[5]: (7.1e-06, 0.000134)
MPV[6]: (7.2e-06, 0.004432)
MPV[7]: (7.3e-06, 0.053991)
MPV[8]: (7.4e-06, 0.241971)
 Done DumpVector of 9 entries.
SLOWCOMPONENT
MPV[0]: (6.6e-06, 1e-05)
MPV[1]: (6.7e-06, 2e-05)
MPV[2]: (6.8e-06, 3e-05)
MPV[3]: (6.9e-06, 0.004)
MPV[4]: (7e-06, 0.008)
MPV[5]: (7.1e-06, 0.005)
MPV[6]: (7.2e-06, 0.02)
MPV[7]: (7.3e-06, 0.001)
MPV[8]: (7.4e-06, 1e-05)
 Done DumpVector of 9 entries.
FASTTIMECONSTANT
1
RESOLUTIONSCALE
2
SCINTILLATIONYIELD
5000
SLOWTIMECONSTANT
10
YIELDRATIO
0.8


Ćwiczenie 2


Proszę aktywować proces produkcji fotonów optycznych  w PbWO4 dla wszystkich cząstek których ten proces dotyczy:

Wskazówki:
- Proces ten reprezentowany jest przez klasę G4Scintillation
- Aktywacja tego procesu może wyglądać identycznie jak aktywacja procesu rozpadu G4Decay w funkcji MyPhysicsList::ConstructGeneral omawianej na wykładzie. Aby zminimalizować ilość zmian w kodzie można ten proces aktywować w funkcji ConstructGeneral.
- Proces G4Scintillation ma podobnie jak proces G4Decay komponentę AtRest oraz PostStep
- Uwaga: 1 GeV elektron może wyprodukować niewiele mniej niż  200 tysięcy fotonów optycznych w scyntylatorze.  Ich wizualizacja jest prawie niemożliwa. Dlatego przed uruchomieniem programu proszę zmniejszyć ilość produkowanych fotonów w scyntylatorze  do np. 1/MeV.
- Proszę sprawdzić czy program się kompiluje i czy podczas wizualizacji  widać wszystkie obiekty jak na rysunku poniżej:

 Rozwiązanie

rys

Kryształy scyntylatora z reguły owijane są w cieńkie folie lustrzane aby jak najwięcej światła padało na
fotopowielacz lub fotodiodę, jak na rysunku poniżej: