geant4创建自己的physicslist（以电磁物理为例）

1 基本概念

1.1 需要创建一个类继承 G4ModularPhysicist

每个physics都是继承 G4PhysicsConstruct
Physicslist 由很多 physics组成，physics里面包含很多的process,也就是物理过程,光电效应就是一个process

1.2 model的概念:实现proces,一个process可以对应多个model,也就是有多种实现方式

一个model最重要的两个方法，
ComputeCrossSectionPerAtom（）:计算反应截面，反应截面越大，发生反应的概率越大，例如，2kv的电子，在这个地方是发生哪种反应，是靠这个函数决定的
SampleSecondaries(): 模拟粒子发生的过程，比如产生光子，吸收电子的过程

不同model实现的细节和考虑的东西可能不一样；以及考虑的数据库可能不一样，有些model,比如光电效应，在低能的时候模拟得比较好，但是有些model在高能的情况下模拟得比较好，这种时候就需要同时去调用两个model来实现更好的模拟

例如下面两个model都是处理光电效应的，但是后者是偏重低能的光电效应
G4LivermorePhotoElectricModel
G4PenelopePhotoElectricModel
1
2
3

二 如何自定义physics list

2.1 为什么要自定义 physics list

虽然geant4自定义了很多physics list，但是里面所含有的反应太多太完备，很多都用不到，在知道自己的实验发生哪种物理反应的情况下，就可以自定义一个自己的physics list

三 、gps/pos/rot1 和 gps/pos/rot2理解

没有添加 gps/pos/rot1
gps/pos/rot2 0 0 1
1
2

没有添加 gps/pos/rot1
gps/pos/rot2 0 1 0
1
2

没有添加 gps/pos/rot1
gps/pos/rot2 1 0 0
1
2

四 production cut,tracking cut 以及step length的区别

（1） production cut

A . production cut的定义：

production cut设置的是距离，如果次级例粒子的运行距离小于这个距离，他们就不会被产生，而是以能量沉积的形式被沉积下来。粒子在不同的物体里面，这个距离就会被转换成具体的能量值，本质来说这个是个能量，在判断次级粒子会不会产生的时候，是根据这个转换的能量来判断的，也就数判断次级粒子的能量是不是大于这个转换能量，从而判断次级粒子是产生还是直接转换成能量沉积

下面是在打印的log文件里面的这个地方可以查看所设置的距离（production cut）在具体的物体里面对应的能量是多少

加速程序运行效率的一种方式：比如光电效应里面，如果不关心很低能的一些电子的运动过程，就可以设置这个阈值，让他
以能量沉积的形式沉积下来，节省计算时间

B. 对gamma,e-,e+,proton四种粒子同时设置他们的 production cut，只需要下面一句

/process/em/applyCuts true  %光电效应，康普顿要加这个
/run/setCut 10 nm 
1
2

如果要对指定的粒子设定 production cut

/process/em/applyCuts true  %光电效应，康普顿要加这个
/run/setCutForAGivenParticle gamma 10 nm 
1
2

不考虑 production cut时，可以设置如下语句，那么不管你设置多少，都不会考虑这个值。
默认情况是不忽略的。

/process/em/deexcitationIgnoreCut true
1

C. /process/em/applyCuts true

if false

D /cuts/setLowEdge 使用

producton cut 阈值设置过程中，默认的最低阈值是990eV,如果要设置的阈值低于这个值，就需要加上这个语句 /cuts/setLowEdge

（2） tracking cut

以前的旧版本里面，设置 tracking cut是为了使得粒子低于这个能量时，就停止最终，不再设置。

新版的geant4
一般来说，现在的geant4里面，不再设置tracking cut了，粒子轨迹结束停止下来的条件是能量变成0.

五 反应截面

1 定义

定义：入射的粒子和原子（也就是物质）之间发生相互作用的概率

2 反应截面有两种

微分截面：如果平方cm的面积内有一个电子，粒子打上去，会有多大的几率发生碰撞。
物质通常是360度的一个立体物质，所以e/cm2还要除以一个球面立体角度，也就是球体里面的一小部分面积对应的立体角。
积分截面： 对微分截面的所有角度积分的结果，就是积分截面，单位是 e/cm2

3 以康普顿散射为例，介绍其两个假设模型

3.1 Thomson模型假设，对低能量的光子描述比较好

下面描述的是每平方cm里面只有一个电子的电子密度情况下，粒子与物质发生反应的概率
光子能量很低；自由电子；光子的反应是弹性碰撞
下图公式里面的φ就是球面立体角，在这里理解为散射角

3.2 Klein-Nishina 模型假设

1）假设的前提条件

hv是入射光子的能量，hv’是散射光子的能量

2）Variety of K-N cross section

σ是表示反应截面：
eσ:电子的反应几率
aσ:原子的反应几率，原子可以由很多电子构成
σtr：σa:能量被吸收或者传输的几率
σs:多大的几率能量给到散射的光子
σ后面什么都不加：表示发生弹性碰撞的概率

eσtr:能量传输到电子的概率

3.3 Averge collision cross section模型假设