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

news 2025/9/14 10:15:53

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0false,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rmpos1,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)......