Geant 4 单位系统

Geant 4 程序中，输入数据时必须指定其单位，这是所有Geant 4 代码都要遵循的规范，这使得代码与用户选择的单位系统无关。如果没有指定，这些数据将被认为使用G4系统内部的隐含单位，这将导致代码的移植性变差。

声明：除部分代码外，本文基本翻译自G4官方文件 Book for Application Developers. pdf

一、基本单位

Geant 4内核在内部使用一个统一的单位集合，其基于HepSystemOfUnits：

millimeter                  (mm)
nanosecond                  (ns)
Mega electron Volt          (MeV)
positron charge             (eplus)
degree Kelvin               (kelvin)
the amount of substance     (mole)
luminous intensity          (candela)
radian                      (radian)
steradian                   (steradian)

所有其他的单位都是有这些基本单位导出的。例如：

millimeter = mm = 1;
meter = m = 1000*mm;
...
m3 = m*m*m;
...

基本单位定义：source/global/management/include/SystemOfUnits.h，这个文件是CLHEP的一部分。此外，用户可以自由的改变内核所使用的单位系统。

二、输入数据

1. 如果数据来自于一个数组或外部文件，强烈推荐在读取数据的时候设置他们的单位。例如：

for (int j=0, j<jmax, j++) CrossSection[j] *= millibarn;
...
my calculations
...

2. 交互式命令：一些用户接口的内建命令也要求指定单位。例如：

/gun/energy 15.2 keV
/gun/position 3 2 -7 meter

三、输出数据

1. 以G4内部隐含单位输出数据：

G4out << stepSize << "mm";

2. 以用户规定的单位输出数据：

G4out << stepSize/cm << "cm";

3. 以最合适的单位输出数据：需要调用单位列表所在的头文件

#include "G4UnitsTable.hh"

G4out << G4BestUnit(stepSize, "Length");// Length is the category.

四、引入新的单位

1. 调用头文件，定义新的单位：

#include "SystemOfUnits.h"

static const G4double inch = 2.54*cm;

注：因为为将其加入到单位列表，所以需要定义静态全局常量。

2. 用户可以实例化一个 G4UnitDefinition 类的对象，这些对象在构造时由全局 G4UnitsTable 拥有，并且不能由用户删除。

#include "G4UnitsTable.hh"
#include "SystemOfUnits.h"

new G4UnitDefinition ( name, symbol, category, value );

例如：

  #include "G4UnitsTable.hh"
  #include "SystemOfUnits.h"

// add new units for dose
  // 
  const G4double milligray = 1.e-3*gray;
   
  new G4UnitDefinition("milligray", "milliGy" , "Dose", milligray);

  // let G4 choose the most appropriate units
  //
  G4cout << G4BestUnit(dose,"Dose");

也可以定义复合单位，如速度：

new G4UnitDefinition ( "km/hour" , "km/h", "Speed", km/(3600*s) );
new G4UnitDefinition ( "meter/ns", "m/ns", "Speed", m/ns );

在 G4UnitsTable 中，"Speed" 类的单位缺省不存在，但是它将自动被建立。

G4UnitDefinition 类所在目录：source/global/management。

五、输出单位列表

用户可以使用静态函数 G4UnitDefinition::PrintUnitsTable() 输出单位列表,或者使用交互式命令, /units/list 。