دستورات تعریف ماده مربوط به 20 ماده پرکاربرد در Geant4

  • صفحه اول
  • دستورات تعریف ماده مربوط به 20 ماده پرکاربرد در Geant4
image

دستورات تعریف ماده مربوط به 20 ماده پرکاربرد در Geant4

ادامه ۲۰ ماده پرکاربرد در شبیه‌سازی‌های Geant4 را که به طور پیش‌فرض در کتابخانه مواد NIST موجود نیستند، معرفی می‌کنیم. این مواد معمولاً در صنایع مختلف، فناوری‌های پیشرفته و تحقیقات تخصصی کاربرد دارند.


۱. آب سنگین (D₂O)

  • کاربرد: راکتورهای هسته‌ای، نوترونی‌ک، مطالعات طیف‌سنجی نوترینو.

  • توضیح: جایگزینی هیدروژن معمولی (H-1) با دوتریوم (H-2) خواص نوترونی کاملاً متفاوتی ایجاد می‌کند.

۲. پلی‌متیل متاکریلات (PMMA)

  • کاربرد: فانتوم‌های پزشکی (شبیه‌ساز بافت)، نوررسانی (Light Guides)، لنزهای مصنوعی.

  • توضیح: با نام تجاری "پلکسی‌گلاس" شناخته می‌شود و به عنوان معادل بافت نرم در پرتودرمانی استفاده می‌شود.

۳. گادولینیوم اکسید (Gd₂O₃)

  • کاربرد: جاذب نوترون در رآکتورها، عامل کنتراست در تصویربرداری MRI، آشکارسازهای نوترینو.

  • توضیح: گادولینیوم截面 جذب نوترونی بسیار بالایی دارد.

۴. بیسموت ژرمانیت (BGO)

  • کاربرد: کریستال آشکارساز در توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) و کالریمترهای الکترومغناطیسی.

  • توضیح: یک Scintillator (ماده درخشان) با چگالی بالا و توانایی مهارکنندگی عالی.

۵. لیتیوم فلوراید (LiF)

  • کاربرد: دزیمتری (TLDها)، آشکارسازهای نوترونی (به دلیل Li-6).

  • توضیح: یکی از مواد اصلی در دزیمتری ترمولومینسانس (TLD).

۶. سدیم یدید دوپ شده با تالیوم (NaI(Tl))

  • کاربرد: طیف‌سنجی گاما، آشکارسازهای پرتوایکس.

  • توضیح: یک Scintillator کلاسیک و پرکاربرد که در NIST به صورت دوپ شده موجود نیست.

۷. فیبر نوری (سیلیکا با دوپان‌های مختلف)

  • کاربرد: انتقال سیگنال در آشکارسازها، سنسورهای پرتوی.

  • توضیح: ترکیب شیشه سیلیکا با مقادیر کمی از دوپان‌ها (مثل ژرمانیوم) برای تغییر ضریب شکست.

۸. فروسیال (Ferrofluid)

  • کاربرد:

  • کاربرد: آب‌بندی مغناطیسی، مهندسی پزشکی، انتقال حرارت.

  • توضیح: یک کلوئید از نانوذرات مغناطیسی در یک سیال حامل (معمولاً روغن یا آب).

۹. Aerogel

  • کاربرد: ردیاب‌های چرنکوف در فیزیک انرژی بالا، عایق‌بندی حرارتی.

  • توضیح: یک ماده جامد با چگالی بسیار کم و ضریب شکست قابل تنظیم.

۱۰. تانتالیوم (Ta)

  • کاربرد: محافظ‌های پرتوی، هدف در تولید پرتوایکس، ایمپلنت‌های پزشکی.

  • توضیح: فلزی با چگالی بسیار بالا (۱۶.۶ g/cm³) و عدد اتمی بالا برای حفاظت عالی در برابر پرتو.

۱۱. هافنیوم کاربید (HfC)

  • کاربرد: پوشش‌های مقاوم به حرارت در موشک‌ها و هواپیماهای هایپرسونیک.

  • توضیح: یکی از مواد با بالاترین نقطه ذوب شناخته شده.

۱۲. اسکاندیم (Sc)

  • کاربرد: هدف در منابع پرتوایکس، آلیاژهای پیشرفته.

  • توضیح: یک فلز خاکی کمیاب با خواص منحصر به فرد.

۱۳. ایتریم آلومینیوم گارنت (YAG یا Y₃Al₅O₁₂)

  • کاربرد: لیزرهای حالت جامد (مثلاً دوپ شده با نئودیمیوم: Nd:YAG)، Scintillator.

  • توضیح: یک کریستال مصنوعی با خواص اپتیکی و مکانیکی عالی.

۱۴. پلی وینیل تولوئن (PVT)

  • کاربرد: Scintillator ارزان‌قیمت در آشکارسازهای ضد مواد هسته‌ای قاچاق (Radiation Portal Monitors).

  • توضیح: پلاستیک سینتیلاتور پایه برای آشکارسازی حجم بزرگ.

۱۵. کادمیوم تلوراید (CdTe)

  • کاربرد: آشکارسازهای پرتوایکس و گامای نیمه‌هادی در تصویربرداری پزشکی و astronomy.

  • توضیح: یک نیمه‌هادی با گاف انرژی مناسب برای آشکارسازی مستقیم پرتو.

۱۶. سرب فلوراید (PbF₂)

  • کاربرد: کریستال چرنکوف در کالریمترهای الکترومغناطیسی پرسرعت.

  • توضیح: چگالی بالا و ضریب شکست پایین، آن را برای تولید نور چرنکوف ایده‌آل می‌کند.

۱۷. بور کاربید (B₄C)

  • کاربرد: محافظ‌های نوترونی، زره‌های سبک‌وزن.

  • توضیح:截面 جذب نوترونی بالا و سختی فوق‌العاده.

۱۸. ایتریم اوکسید-سولفید دوپ شده با یوروپیوم (Y₂O₂S:Eu)

  • کاربرد: Material درخشان در صفحات تشدیدکننده (Phosphor Screens) برای تصویربرداری پرتوایکس.

  • توضیح: یک فسفر قرمز با بازده نوری بالا.

۱۹. آلیاژ Wood's Metal

  • کاربرد: محافظ‌های پرتوی موقت، قالب‌گیری (به دلیل نقطه ذوب بسیار پایین).

  • توضیح: آلیاژی از بیسموت، سرب، قلع و کادمیوم با نقطه ذوب حدود ۷۰ درجه سانتی‌گراد و چگالی بالا.

۲۰. لانتابوم سولفید (La₂S₃)

  • کاربرد: Material نوری در پنجره‌های مادون قرمز.

  • توضیح: یک ماده با شفافیت بالا در محدوده مادون قرمز.


نحوه تعریف این مواد در Geant4

برای تعریف این مواد در کد Geant4 خود، معمولاً باید از کلاس G4Material استفاده کنید. روش کلی به این صورت است:

کارت‌های تعریف مواد در Geant4

۱. آب سنگین (D₂O)

cpp
// Define Deuterium isotope and element
G4Isotope* isoD = new G4Isotope("Deuterium", 1, 2);
G4Element* elD = new G4Element("Deuterium", "D", 1);
elD->AddIsotope(isoD, 100.*perCent);

G4Material* D2O = new G4Material("HeavyWater", 1.107*g/cm3, 2);
D2O->AddElement(elD, 2);
D2O->AddElement(elO, 1);

۲. پلی‌متیل متاکریلات (PMMA)

cpp
G4Material* PMMA = new G4Material("PMMA", 1.18*g/cm3, 3);
PMMA->AddElement(elC, 5);
PMMA->AddElement(elH, 8);
PMMA->AddElement(elO, 2);

۳. گادولینیوم اکسید (Gd₂O₃)

cpp
G4Element* elGd = new G4Element("Gadolinium", "Gd", 64, 157.25*g/mole);

G4Material* Gd2O3 = new G4Material("GadoliniumOxide", 7.41*g/cm3, 2);
Gd2O3->AddElement(elGd, 2);
Gd2O3->AddElement(elO, 3);

۴. بیسموت ژرمانیت (BGO)

cpp
G4Element* elBi = new G4Element("Bismuth", "Bi", 83, 208.98*g/mole);
G4Element* elGe = new G4Element("Germanium", "Ge", 32, 72.64*g/mole);

G4Material* BGO = new G4Material("BGO", 7.13*g/cm3, 3);
BGO->AddElement(elBi, 4);
BGO->AddElement(elGe, 3);
BGO->AddElement(elO, 12);

۵. لیتیوم فلوراید (LiF)

cpp
G4Element* elLi = new G4Element("Lithium", "Li", 3, 6.94*g/mole);
G4Element* elF = new G4Element("Fluorine", "F", 9, 18.998*g/mole);

G4Material* LiF = new G4Material("LithiumFluoride", 2.635*g/cm3, 2);
LiF->AddElement(elLi, 1);
LiF->AddElement(elF, 1);

۶. سدیم یدید دوپ شده با تالیوم (NaI(Tl))

cpp
// Base NaI material
G4Element* elNa = new G4Element("Sodium", "Na", 11, 22.99*g/mole);
G4Element* elI = new G4Element("Iodine", "I", 53, 126.90*g/mole);
G4Element* elTl = new G4Element("Thallium", "Tl", 81, 204.38*g/mole);

G4Material* NaI = new G4Material("SodiumIodide", 3.67*g/cm3, 2);
NaI->AddElement(elNa, 1);
NaI->AddElement(elI, 1);

// Create doped material (approximate 0.1% Tl by mass)
G4Material* NaI_Tl = new G4Material("NaI_Tl", 3.67*g/cm3, 2);
NaI_Tl->AddMaterial(NaI, 99.9*perCent);
NaI_Tl->AddElement(elTl, 0.1*perCent);

۷. فیبر نوری (سیلیکا دوپ شده با ژرمانیوم)

cpp
G4Material* SiO2_Ge = new G4Material("Silica_GeDoped", 2.20*g/cm3, 3);
SiO2_Ge->AddElement(elSi, 1);
SiO2_Ge->AddElement(elO, 2);
SiO2_Ge->AddElement(elGe, 0.05); // 5% Germanium doping

۸. فروسیال

cpp
// Ferrofluid: Magnetite (Fe3O4) nanoparticles in water
G4Element* elFe = new G4Element("Iron", "Fe", 26, 55.845*g/mole);

G4Material* Fe3O4 = new G4Material("Magnetite", 5.17*g/cm3, 2);
Fe3O4->AddElement(elFe, 3);
Fe3O4->AddElement(elO, 4);

G4Material* Ferrofluid = new G4Material("Ferrofluid", 1.18*g/cm3, 2);
Ferrofluid->AddMaterial(H2O, 95.*perCent); // H2O from NIST
Ferrofluid->AddMaterial(Fe3O4, 5.*perCent); // 5% nanoparticles

۹. Aerogel

cpp
G4Material* Aerogel = new G4Material("Aerogel", 0.02*g/cm3, 2);
Aerogel->AddElement(elSi, 1);
Aerogel->AddElement(elO, 2);

۱۰. تانتالیوم (Ta)

cpp
G4Element* elTa = new G4Element("Tantalum", "Ta", 73, 180.95*g/mole);

G4Material* Tantalum = new G4Material("Tantalum", 16.69*g/cm3, 1);
Tantalum->AddElement(elTa, 1);

۱۱. هافنیوم کاربید (HfC)

cpp
G4Element* elHf = new G4Element("Hafnium", "Hf", 72, 178.49*g/mole);

G4Material* HfC = new G4Material("HafniumCarbide", 12.20*g/cm3, 2);
HfC->AddElement(elHf, 1);
HfC->AddElement(elC, 1);

۱۲. اسکاندیم (Sc)

cpp
G4Element* elSc = new G4Element("Scandium", "Sc", 21, 44.96*g/mole);

G4Material* Scandium = new G4Material("Scandium", 2.985*g/cm3, 1);
Scandium->AddElement(elSc, 1);

۱۳. ایتریم آلومینیوم گارنت (YAG)

cpp
G4Element* elY = new G4Element("Yttrium", "Y", 39, 88.91*g/mole);
G4Element* elAl = new G4Element("Aluminium", "Al", 13, 26.98*g/mole);

G4Material* YAG = new G4Material("YAG", 4.55*g/cm3, 3);
YAG->AddElement(elY, 3);
YAG->AddElement(elAl, 5);
YAG->AddElement(elO, 12);

۱۴. پلی وینیل تولوئن (PVT)

cpp
G4Material* PVT = new G4Material("PVT", 1.02*g/cm3, 2);
PVT->AddElement(elC, 9);  // C9H10 approximate composition
PVT->AddElement(elH, 10);

۱۵. کادمیوم تلوراید (CdTe)

cpp
G4Element* elCd = new G4Element("Cadmium", "Cd", 48, 112.41*g/mole);
G4Element* elTe = new G4Element("Tellurium", "Te", 52, 127.60*g/mole);

G4Material* CdTe = new G4Material("CadmiumTelluride", 5.85*g/cm3, 2);
CdTe->AddElement(elCd, 1);
CdTe->AddElement(elTe, 1);

۱۶. سرب فلوراید (PbF₂)

cpp
G4Element* elPb = new G4Element("Lead", "Pb", 82, 207.2*g/mole);

G4Material* PbF2 = new G4Material("LeadFluoride", 7.77*g/cm3, 2);
PbF2->AddElement(elPb, 1);
PbF2->AddElement(elF, 2);

۱۷. بور کاربید (B₄C)

cpp
G4Element* elB = new G4Element("Boron", "B", 5, 10.81*g/mole);

G4Material* B4C = new G4Material("BoronCarbide", 2.52*g/cm3, 2);
B4C->AddElement(elB, 4);
B4C->AddElement(elC, 1);

۱۸. ایتریم اوکسید-سولفید دوپ شده با یوروپیوم

cpp
G4Element* elEu = new G4Element("Europium", "Eu", 63, 151.96*g/mole);
G4Element* elS = new G4Element("Sulfur", "S", 16, 32.06*g/mole);

G4Material* Y2O2S_Eu = new G4Material("Y2O2S_Eu", 4.90*g/cm3, 4);
Y2O2S_Eu->AddElement(elY, 2);
Y2O2S_Eu->AddElement(elO, 2);
Y2O2S_Eu->AddElement(elS, 1);
Y2O2S_Eu->AddElement(elEu, 0.02); // 2% Europium doping

۱۹. آلیاژ Wood's Metal

cpp
G4Element* elBi = new G4Element("Bismuth", "Bi", 83, 208.98*g/mole);
G4Element* elPb = new G4Element("Lead", "Pb", 82, 207.2*g/mole);
G4Element* elSn = new G4Element("Tin", "Sn", 50, 118.71*g/mole);
G4Element* elCd = new G4Element("Cadmium", "Cd", 48, 112.41*g/mole);

G4Material* WoodsMetal = new G4Material("WoodsMetal", 9.70*g/cm3, 4);
WoodsMetal->AddElement(elBi, 50.*perCent);
WoodsMetal->AddElement(elPb, 26.7*perCent);
WoodsMetal->AddElement(elSn, 13.3*perCent);
WoodsMetal->AddElement(elCd, 10.*perCent);

۲۰. لانتابوم سولفید (La₂S₃)

cpp
G4Element* elLa = new G4Element("Lanthanum", "La", 57, 138.91*g/mole);

G4Material* La2S3 = new G4Material("LanthanumSulfide", 4.91*g/cm3, 2);
La2S3->AddElement(elLa, 2);
La2S3->AddElement(elS, 3);

نکات مهم در استفاده از این کارت‌ها:

  1. تعریف اولیه عناصر: مطمئن شوید عناصر پایه مانند elCelHelO قبلاً تعریف شده‌اند.

  2. واحدها: از واحدهای استاندارد Geant4 استفاده کنید (g/moleg/cm3).

  3. ترکیب‌های اتمی: برای مواد مرکب، نسبت اتمی صحیح را وارد کنید.

  4. مواد NIST: برای مواد ساده‌تر مانند آب (H2O) می‌توانید از کتابخانه NIST استفاده کنید.

این کارت‌ها نقطه شروع مناسبی برای تعریف مواد تخصصی در شبیه‌سازی‌های Geant4 شما هستند.