Day 02 geant4如何构建几何模型以及材料填充-------以B1为实例

Day 02 如何构建几何模型以及材料填充-------以B1为实例

一、构建几何模型-------B1DetectorConstruction.hh文件

继承G4VUserDetectorConstruction类；

B1DetectorConstruction中包含一个子函数B1DetectorConstruction::Construct()函数。是父类的虚函数，子类要重写这个函数；几何模型的构建就在这个方法里面；有返回值，返回值是G4VPhysicalVolume类型

G4VPhysicalVolume* B1DetectorConstruction::construct()
{
    G4NistManager* nist=G4NistManager::Instance();
    G4double env_sizeXY=20*cm,env_sizeZ=30*cm;
    ......
}

1.构建几何模型步骤：

（1）确定几何模型的形状，根据形状确定尺寸。建立一个solid volume

​ 长方体：长、宽、高；圆柱体：半径、高；球：半径…

（2）材料填充，放置在什么位置，有无旋转----->参考系world中 。建一个 logical volume

（3）假设建立好几个物体，相对位置，旋转，平移 建立 physical volume

​ 建立模型是要从外往里建

2.B1的几何模型：

在右边scnen tree中有touchables下面有world

world：

​ Envelope长方体 外部的形状

​ shape1 内部的几何模型

​ shape2

…

# B1DetectorConstruction文件中
#建造参考系，分别为：solid  volume、logical  volume、physical   volume
# world
G4Box* solidWorld=
   new G4Box("World",
            0.5*world_sizexy,0.5*world_sizeXY,0.5*world_sizeZ);
G4LogicalVolume* logicalWorld=
   new G4LogicalVolume(solidWorld,       # 指针
                      world_mat,         # 材料
                      "World");     # 名字---是哪个层次里面的logicalvolume
G4VPhysicalVolume* physWorld=
   new G4PVPlacement(0,
                    G4ThreeVector(),
                    "World",
                    0,       # 没有上者，写为0
                    false,
                    0,
                    checkOverlaps);
    ......
 #  Envelope
#solid  volume
G4Box* solidEnv=
   new G4Box("Envelope",
            0.5*env_sizexy,0.5*env_sizeXY,0.5*env_sizeZ);  #尺寸信息
#logical  volume，负责材料填充
G4LogicalVolume* logicEnv=
   new G4LogicalVolume(solidEnv,       # 指针
                      env_mat,         # 材料
                      "Envelope");     # 名字
#physical   volume
G4VPhysicalVolume* physEnv=
   new G4PVPlacement(0,                # 有无旋转
                    G4ThreeVector(),   # envelope的中心坐标位置在上者world中的哪里，现在为（0，0，0）
                    logicEnv,          # 指针
                    "Envelope",        # 名字
                    logicWorld,        # 该模块的上者，被放在世界world里面
                    false,             # 其他操作
                    0,
                    checkOverlaps);
#shape1
G4Material* shape1_mat=nist->FindOrBuildMaterial("G4_A-150_TISSUE");
G4ThreeVector pos1=G4ThreeVector(0,2*cm,-7*cm);
# 底部内径rmina，内圆的半径；底部外径rmaxa，外圆的半径
G4double shape1_rmina=0.*cm,shape1_rmaxa=2.*cm;  
# 顶部内径rminb，顶部外径rmaxb
G4double shape1_rminb=0.*cm,shape1_rmaxb=4.*cm;
#半高hz
G4double shape1_hz=3.*cm;
# 角度ph，最小角度0，最大角度360，说明没有被切，是一个完整的圆台
G4double shape1_phimin=0.*deg,shape1_phimin=360.*deg;
G4Cons* solidShape1=
   new G4Cons("Shape1",
             shape1_rmina,shape1_rmaxa,shape1_rminb,shape1_rmaxb,shape1_hz,shape1_phimin,shape1_phimax);
G4LogicalVolume* logicaShape1=
   new G4LogicalVolume(solidShape1,
                      shape1_mat,
                      "shape1");
new G4PVPlacement(0,            #有无旋转，现在没有
                    pos1,
                    logicShape1,
                    "shape1",
                    logicEnv,
                    false,
                    0,
                    checkOverlaps);
# shape2
......
#旋转的对象举例
G4RotationMatrix* rm=new G4RotationMatrix();
G4double angle=90*deg;  # 旋转90度
rm->rotateY(angle);    # 绕y轴旋转
# 之后将physicalvolume里面有无旋转的指标变为我们新建的rm
new G4PVPlacement(rm,            #有无旋转，现在为rm
                    pos1,
                    logicShape1,
                    "shape1",
                    logicEnv,
                    false,
                    0,
                    checkOverlaps);

注：cm、deg…是单位，已经规定了，用星号*连接起来，有相关文件可以进行查询

为什么有world？

粒子反应有很多变化，设定当粒子进入世界后就表示结束，好统计（假设），保证粒子源整体在world中

​ 在这里可以对建立的模型进行修改颜色、透明度等，双击前面的小方格即可；world里面默认不可见，可以在图形界面初始化vis.mac文件中进行修改（修改这个文件后就要重新进行make执行）。图形界面更改的颜色是一次性的，若要永久更改还是在初始化文件中进行修改

二、设置材料 以B1为例

G4Material：在这个类中定义材料，有两种方法

1. 使用geant4中内置的Material Database（调用）：

G4NistManager* nist = G4NistManager::Instance();   #必须调用这个nist
G4double env_sizeXY=20*cm,env_sizeZ=30*cm;
# 其中env_mat为指针，届时可以填写在建立的模型中对应的位置，env表示写在envelope中logicalvolume的材料
G4Material* env_mat = nist->FindOrBuildMaterial("G4_WATER")  # 在引号中写入需要的材料的名字，这里是水
# world_mat为指针，world表示世界的，写在world中logicalvolume的材料
G4Material* world_mat = nist->FindOrBuildMaterial("G4_AIR")  # 这里材料是空气
G4bool checkOverlaps = true;

G4内置的材料在G4的教材中也可以查询到对应的材料名称，写在引号中即可

2. 根据需求自己定义

G4Isotope

G4Element

​ **有两种方法：**1.把定义好的材料直接放在Construct（）方法里面；（每次都自定义新的指针，在材料处写指针名字，每次都得修改，都要重新编译）

2.自己写一个DefineMaterial（）方法，然后把所有可能用到的材料都定义在这个方法里面，可以参考TestEm0--------Geant4官方教程文档（官网可以直接下载）

自定义：先知道密度并给出；再给出相对分子质量给出，再进行定义：

原子：

a=

density=

类型  指针名字  =   new  G4Material（“名字”，简称符号=“符号名字”，原子序数z，相对分子质量a，密度density）

分子（化合物）：

先分别建立需要的各种元素

类型  指针名字  =   new  G4Material（“名字”，symbol=“设定符号”，序数，相对原子质量）
......

混合物密度density=

类型  指针名字（化合物） = new  G4Material（“名字”，密度，natoms=组成元素个数）

G4int natoms;

化合物指针名字 ->AddElement(元素一指针名字，natoms=要几个)

化合物指针名字->AddElement(元素二指针名字，natoms=要几个)

......

混合物：

​ 与混合物差不多，但是化合物是指材料组成元素的比例，所以在定义化合物指针时的natoms要变成ncomponents，另外组合时的natoms要变成fracMass=比例*percent（这里的比例是写的100中的数，percent可加可不加，可以直接写小数）

​ 自己写define方法时，可写在DetectorConstruction同级文件夹中，然后将define文件写在文件B1DetactorConstruction.cc中（开局调用即可），这样在使用时，就不用再单独定义新的指针了，直接在需要填写材料的地方填写我们定义的材料的名字即可，

当我们使用new G4Material进行自定义材料时，一旦编译，这个材料就会被写入G4的材料表中，后续可以直接凭借名字使用

在.mac文件中可以修改我们的材料，在/testem/det/setMat 材料名，只要实现这个功能，材料就可以使用G4内置的材料名字

这样自定义时，每次修改只需要修改.mac文件即可，原代码不需要进行大改变。

可执行文件：.mac、.in等