光学物理したい（G4OpticalPhysics）

#include "FTFP_BERT.hh"
#include "G4OpticalPhysics.hh"
#include "G4OpticalParameters.hh"

int main()
{
    // ベースとなる物理モジュールを指定する
    auto *physics = FTFP_BERT{};
    // 光学物理を追加する
    physics->RegisterPhysics(new G4OpticalPhysics{});
    // ランマネージャーに登録する
    rm->SetUserInitialization(physics);
    // 光学物理のグローバル設定
    ConfigureOpticalParameters();

    // ランマネージャーを初期化する
    rm->Initialize()
}

G4OpticalPhysicsは、光学光子（G4OpticalPhoton）の相互作用を扱うための物理モジュールです。 FTFP_BERTのような物理モジュールには、光学物理のプロセスは含まれていないため、RegisterPhysicsを使って、ユーザーが「トッピング」することで、光学物理のプロセスを有効にできます。

注釈

Geant4では、エネルギー領域や物理プロセスによって「光」のクラスが分かれています。 G4Gamma（ガンマ線）は、keV〜MeV以上の高エネルギー領域の光を「粒子」として扱うクラスです。 光電効果、コンプトン散乱、対生成などの物理プロセスに対応します。 G4OpticalPhoton（光学光子）は、eV領域（紫外線・可視光・赤外線など）の低エネルギー領域の光を「波」として扱うクラスです。 反射、屈折、吸収、波長変換などの物理プロセスに対応します。 また、G4MaterialPropertiesTableを使って光学特性を設定が必須です。

光学物理のプロセス

• 光の発生

  • チェレンコフ光（G4Cerenkov）

  • シンチレーション光（G4Scintillation）

• 媒質中での輸送

  • 吸収（G4OpAbsorption）

  • レイリー散乱（G4OpRayleigh）

  • ミー散乱（G4OpMieHG）

  • 波長変換（G4OpWLS / G4OpWLS2）

• 境界での散乱

  • 反射・屈折・全反射（G4OpBoundary）

参考

• チェレンコフ放射したい（G4Cerenkov）

• シンチレーション光したい（G4Scintillation）

• 吸収したい（G4OpAbsorption）

• 光学光子したい（G4OpticalPhoton）

• 光学特性したい（G4MaterialPropertiesTable）

光学物理を調整したい（G4OpticalParameters）

#include "G4OpticalParameters.hh"

void ConfigureOpticalParameters() {
    // 光学物理のパラメータを管理するための関数
    // 呼び出すタイミング:
    // - physics-RegisterPhysics(new G4OpticalPhysics{}) した後
    // - runManager->Initialize()する前

    // OpticalPhysicsのパラメーター設定
    auto* params = G4OpticalParameters::Instance();

    // G4Cerenkovの設定
    params->SetMaxNumPhotonsPerStep(100);
    params->SetMaxBetaChangePerStep(10.0);
    params->SetCerenkovStackPhotons(true);
    params->SetCerenkovTrackSecondariesFirst(true);
    params->SetCerenkovVerbosity(1);

    // G4Scintillationの設定
    params->SetScintYieldFactor(1.0);
    params->SetScintExcitationRatio(0.0);
    params->SetScintByParticleType(false);
    params->SetScintTrackInfo(false);
    params->SetScintTrackSecondariesFirst(true);
    params->SetScintFiniteRiseTime(false);
    params->SetScintStackPhotons(true);
    params->SetScintVerboseLevel(1);

    // G4OpAbsorptionの設定
    params->SetAbsorptionVerboseLevel(1);
}

G4OpticalParametersを使って、光学物理のパラメーターを変更できます。 G4OpticalParameters::Instance()はシングルトンになっているため、どこからでもグローバルに設定できます。

マクロで設定したい（/process/optical/）

/process/optical/verbose 1

# /process/optical/processActivation KEY bool
/process/optical/processActivation Cerenkov true
/process/optical/processActivation Scintillation true
/process/optical/processActivation OpAbsorption true
/process/optical/processActivation OpRayleigh true
/process/optical/processActivation OpMieHG true
/process/optical/processActivation OpBoundary true
/process/optical/processActivation OpWLS true
/process/optical/processActivation OpWLS2 true

G4OpticalParametersの設定はマクロで変更できます。 processActivationでOpticalPhysicsで有効にする物理プロセスを選択できます。 デフォルトでは、関係するすべてのプロセスが有効になっています。

リファレンス

• G4OpticalPhysics

• G4OpticalParameters