猪头Geant4讲座(6)

猪头Geant4讲座第五讲——材料定义

几何结构类（DetectorConstruction）属于强制初始化类，其主要功能是构建模拟问题的几何结构，包括各部分的材料、形状、尺寸、位置等信息。

因此，在这个类里面我们就必须完成上述几个信息的设置工作。

首先，材料定义。

材料可以分为单质和化合物（混合物）两种。而不管是单质还是化合物都是由元素组成的，因此在定义材料前，必须首先定义元素。而元素的定义将决定在模拟过程中需要使用的截面库的选择（大部分是自动选择的，这里不重点讲）。

那么下面我们来看如何定义元素。

我们知道，每一种元素都可能有多个同位素，但是所有这些同位素的原子序数（核内质子数）都是相同的，其摩尔质量也可以根据各个同位素所占份额计算出来。因此，只需要有原子序数Z和摩尔质量A就可以定义出一个元素。这就是元素的直接定义法，参考$G4INSTLL/source/materials/include/G4Element.hh，如下：

// Constructor to Build an element directly; no reference to isotopes

//

G4Element(const G4String& name, //its name

const G4String& symbol, //its symbol

G4double Zeff, //atomic number

G4double Aeff); //mass of mole

其中元素名称和符号只是个标记，并不会影响元素的物理性质。

$G4INSTALL/example/novice/N02中氮元素的定义就是采用的直接定义法。

G4Element* N = new G4Element("Nitrogen", "N", z=7., a= 14.01*g/mole);

此外，既然每种元素都是由不同的同位素组成的，那如果事先定义了同位素，加上每个同位素所占份额不也可以确定一种元素，而不必麻烦地去计算摩尔质量吗？

确实如此，在Geant4中同样提供了另一种定义元素的方法，我将之称为间接定义法。

同样参考$G4INSTLL/source/materials/include/G4Element.hh，如下：

// Constructor to Build an element from isotopes via AddIsotope

//

G4Element(const G4String& name, //its name

const G4String& symbol, //its symbol

G4int nbIsotopes); //nb of isotopes

void AddIsotope(G4Isotope* isotope, //isotope

G4double RelativeAbundance); //fraction of nb of

//atomes per volume

而同位素的定义则参考$G4INSTLL/source/materials/include/G4Isotope.hh

G4Isotope(const G4String& name, //its name

G4int z, //atomic number

G4int n, //number of nucleons

G4double a = 0.); //mass of mole

$G4INSTALL/example/novice/N03中铀元素的定义就是采用的间接定义法。

// define an Element from isotopes, by relative abundance

//

G4Isotope* U5 = new G4Isotope("U235", iz=92, n=235, a=235.01*g/mole);