G4PropagatorInField.patch

これらは、JUPITERを開発する上で必要になったGeant4へのpatchです。
Geant4開発者とは全く無関係です。
質問・意見等、絶対に開発者へは送らないで下さい。
使用は自由ですが、このpatchを用いて不具合が起こった場合の保証は致しませんので
必ず自己責任でお願いします。

磁場中のTrackがboundaryに到達した場合で、chordの方向と本当のTrackの方向がboundaryを挟んで反対側になったときに無限Loopに陥る問題に対する点と、fNoZeroStepが特定の状況でリセットされない問題に対応するPatch。詳細は下の通り。

無限Loopについて

赤が本当のTrack、緑がG4PropagatorInFieldがComputeStep関数の中で定義するChordABである。


１)　正常に動作する場合

  1. まず、ChordFinderのAdvanceChordLimited関数が、いくつかある物理プロセスのうち最も小さいInteraction Lengthを引数にとり、Trackの方向に回りながらB点まで進む。
  2. A点からB点に進む間に、Boundaryがあるか否かをcheckするために、ChordABを定義し、これとBoundaryとの交点があるか否かをみる。
  3. 交点がなければ、そのままB点まで進む。
    交点があったらそれをE点とし、E点からTrackに垂線を下ろし、そこをF点とする。
  4. 最終的なE点（Boundary上の点）までTrackをすすめる。


２)　無限Loopに陥る場合

右図のように、すでにBoundary上にいて、なおかつChordABとTrackの方向がboundaryを挟んで反対側になったときに起こる。Volume I の中からBoundary Aに到達したとする。

  1. ChordABを引くと、E点でBoundaryがみつかるので、上の手順に従ってF点を定義する。
  2. EFが十分に小さくない場合、上の手順に従ってChordAFを定義し、新しいE'を探そうとする。
    ここで、ChordAFの間には、Volume I のBoundaryはないように見えるが、実際にはChordAFがVolume I から外へ出る方向を向いているため、NavigatorのDistanceToOutがBoundaryまでの距離として0を返し、A点がE'点となる。
  3. E'点はTrack上の点であるので、当然E'F'は０、よって、TrackはA点でVolume I の外に出たとみなされる。（ここまでは偶然正常の動作）
  4. Volume II から、改めてChordABをひく。このとき、やはりVolume IIとChordABの交点はないように見えるが、ChordABはVolume II から出る方向を向いており、かつBoundary上にいるので、2と同様の議論で、点AにおいてVolume II を出たとみなされる。
  5. 再びVolume I に戻って１〜４をくり返す（無限Loop）

　

３）改良点

２）の問題を回避するため、Stepが現在所属するVolumeのBoundaryにいる場合には、ChordABの方向とTrackの方向がBoundaryを挟んで反対になっていないかをcheckする。
反対になっていた場合、G4ChordFinderのfDeltaChord（図のF点とE点、ChordとArcの中央までの距離が、最大どれだけの長さ離れることを許すか、というパラメータ。fDeltaChordを小さくすると、ChordとArcの距離は近くなるので、結果的に１回のTryで進める距離は短くなる）を0.1倍して再トライする。
このCheckを、Trackの方向とChordABの方向がBoundaryに対し同じ側になるまでくり返し、うまくこのLoopを抜けることができたら、DeltaChordの値を元に戻す。抜ける前にDeltaChordがkCarToleranceより小さくなってしまった場合には、fParticleIsLoopingを立ててLoopを抜け、fDeltaChordの値を元に戻す。

Geant4開発者グループの推奨は、ArcABを短くすることではなくDeltaChordを小さくするとのことだったので、そのように仕様変更しました。このpatchを使いたい方は、必ずGeant4.4.1へのアップグレードを行い、下のpatchを使用して下さい。

fNoZeroStepのリセットについて

Geant4.4.1の仕様では、上のLoopingの問題が起こった場合にはfParticleIsLoopingという旗を立て、一つ上の階層でこの旗が立っている場合にはこの粒子をStopAndKill（この粒子の追跡を止め、Trackを捨てる）する扱いになっているようである。この場合、それまでにAccumulateされた情報は全てゼロクリアする必要があるが、fNoZeroStep変数のゼロクリアが行われていなかったため、fNoZeroStepが設定された値を超えた瞬間にまともなTrackingを行わなくなる問題を回避した。

Patchは下の通り。

G4PropagatorInField4.4.1JLC.patch

※このPatchの中で、VolumeのBoundaryにいることを確かめるためG4VSolidのInside(p)関数を呼んでいるが、PropagatorInFieldは自分の居場所を知っているはずなので、この手続きは実際には必要ないと思われる。

Patchの当て方

  1. patchファイルをとってきて、$G4INSTALL ディレクトリに置く。
  2. $G4INSTALLディレクトリ直下で
    　% patch -p1 -s < G4PropagatoInField4.4.1JLC.patch
    等と打つ。

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