作业 1.1 计算Bragg曲线¶

Table of Contents

  • 1  计算质子和$^{12}C$在水中的Bragg曲线: 选取合适的质子和 $^{12}C$ 入射能量,使两者在水中的Bragg峰都位于 127mm 处。
  • 2  1. 计算方法
  • 3  2. 讨论:
  • 4  3. 注意事项:
  • 5  预期效果
  • 6  期限

计算质子和$^{12}C$在水中的Bragg曲线: 选取合适的质子和 $^{12}C$ 入射能量,使两者在水中的Bragg峰都位于 127mm 处。¶

  • 利用 Lise++ 或者 SRIM 计算质子和 $^{12}C$ 在水中的 R ~ E/A, dE/dx ~ E/A关系;

  • 参考示例代码,画出 R ~ E/A, E ~ R 和 dE/dx ~ E/A 关系曲线。

  • 按照 1.计算方法 中的做法得到两种粒子的Bragg曲线。将两种粒子的Bragg 曲线(TGraph) 画在同一张图上,并对结果进行讨论。

    • Bragg曲线的横轴单位取mm,纵轴单位取 MeV/mm。

    • x轴和y轴用log-scale表示

1. 计算方法¶

方法一:设定步长$\Delta x$:

  • 将材料划分为很多块厚度很小的薄片,即将连续的能量损失过程离散化

  • 当单步步长$\Delta x$很小时,可认为在薄片内dE/dx为常数

  • 获得当能量为E的粒子穿过一个厚度为厚度$\Delta x_i$的材料后的能量损失$\Delta E_i$

$$ \Delta E_i=\frac{dE}{dx}(E) \cdot \Delta x_i $$

根据上述关系,粒子每经过一个切片,剩余能量为$E=E-\Delta E_i$, 穿过的厚度为:$x=\sum_i{\Delta x_i}$。

由此得到Bragg曲线上的一个点的坐标(x, $\frac{dE}{dx}(E)$)。以此类推,直至$E \to 0$。

方法二:设定能量步长$\Delta E$:

  • 从射程曲线得到与入射粒子能量E$_0$

  • 设定每次离散化过程中的能量损失$\Delta E$的值

  • 获得当能量为E的粒子的粒子损失$\Delta E$的能量时,穿过的材料厚度$\Delta x$

$$ \Delta x=\frac{\Delta E}{\frac{dE}{dx}(E)} $$
  • 根据上述关系,求出每一步的剩余能量$E$和穿过的材料厚度$x$,得到Bragg曲线上的一个点的坐标(x, $\frac{dE}{dx}(E)$)。以此类推,直至能量$E'\to 0$

方法三:上述两个方法都可以改成从射程末端即$x=127 mm,E=0$出发:

  • 由设定步长$\Delta x$,按照 ($E=E+\frac{dE(E)}{dx}\Delta x; x=x-\Delta x)$ ,一直推到$x=0,E=E_0$。

  • 或由设定能量步长$\Delta E$ ,按照 ($E=E+ \Delta E; x=x-\Delta E/\frac{dE(E)}{dx})$ ,一直推到$x=0,E=E_0$。

  • 此时$E=E_0$即为所需能量。

2. 讨论:¶

(1)比较用不同方法求解的结果,讨论产生差异的原因,且分析其是否合理

(2)思考选取位移步长与能量步长的标准,怎样的选取是合理的

(3)各步的步长一定要选取相同的值吗,如果选取可变步长,理由与选取的标准是什么?

3. 注意事项:¶

1)不得直接复制示例代码,推荐编写自己的版本。

(2)程序要求写注释,注释内容包括但不限于:新变量的声明,复杂流程的解释

(3)程序严禁使用一个Cell写到尾,要求每步程序都要进行简明扼要的阐述(如示例代码)

(4)需要对结果做适当的说明,不能直接给一个数值

(5)鼓励使用子程序,简化整体代码

预期效果¶

result.png

期限¶

  • 至发布之日起两周内提交
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