src/contrib/ionize.c

   1 /*
   2  * $Id$
   3  *
   4  *       This source code is part of
   5  *
   6  *        G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  * GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  *               VERSION 2.0
  11  *
  12  * Copyright (c) 1991-1999
  13  * BIOSON Research Institute, Dept. of Biophysical Chemistry
  14  * University of Groningen, The Netherlands
  15  *
  16  * Please refer to:
  17  * GROMACS: A message-passing parallel molecular dynamics implementation
  18  * H.J.C. Berendsen, D. van der Spoel and R. van Drunen
  19  * Comp. Phys. Comm. 91, 43-56 (1995)
  20  *
  21  * Also check out our WWW page:
  22  * http://md.chem.rug.nl/~gmx
  23  * or e-mail to:
  24  * gromacs@chem.rug.nl
  25  *
  26  * And Hey:
  27  * Great Red Oystrich Makes All Chemists Sane
  28  */
  29 static char *SRCID_ionize_c = "$Id$";
  30
  31 #include <string.h>
  32 #include "smalloc.h"
  33 #include "typedefs.h"
  34 #include "macros.h"
  35 #include "random.h"
  36 #include "physics.h"
  37 #include "xvgr.h"
  38 #include "vec.h"
  39 #include "pbc.h"
  40 #include "txtdump.h"
  41 #include "ionize.h"
  42 #include "names.h"
  43 #include "futil.h"
  44 #include "network.h"
  45 #include "ion_data.h"
  46
  47 #define PREFIX "IONIZE: "
  48
  49 enum { eionCYL, eionSURF, eionGAUSS, eionNR };
  50
  51 enum { ecollPHOTO, ecollINELASTIC, ecollNR };
  52
  53 typedef struct {
  54   int  z,n,k;
  55   real fj,sigPh,sigIn,vAuger;
  56 } t_cross_atom;
  57
  58 typedef struct {
  59   int nelec,maxelec,elec0,elmin_type;
  60 } t_electron_db;
  61
  62 /* BEGIN GLOBAL VARIABLES */
  63 static int   Energies[] = { 6, 8, 10, 12, 15, 20 };
  64 static int   ionize_seed = 1993;
  65 #define NENER asize(Energies)
  66
  67 static t_electron_db edb;
  68
  69 /* END GLOBAL VARIABLES */
  70
  71 void dump_ca(FILE *fp,t_cross_atom *ca,int i,char *file,int line)
  72 {
  73   fprintf(fp,PREFIX"(line %d) atom %d, z = %d, n = %d, k = %d\n",
  74           line,i,ca->z,ca->n,ca->k);
  75 }
  76
  77 t_cross_atom *mk_cross_atom(FILE *log,t_mdatoms *md,
  78                             char **atomname[],int Eindex)
  79 {
  80   int elem_index[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 4, 0, 0, 0, 5, 6 };
  81   t_cross_atom *ca;
  82   int  *elemcnt;
  83   char *cc;
  84   int  i,j;
  85
  86   fprintf(log,PREFIX"Filling data structure for ionization\n");
  87   fprintf(log,PREFIX"Warning: all fj values set to 0.95 for now\n");
  88   snew(ca,md->nr);
  89   snew(elemcnt,NELEM+1);
  90   for(i=0; (i<md->nr); i++) {
  91     ca[i].n = 0;
  92     ca[i].k = 0;
  93     cc = *(atomname[i]);
  94     for(j=0; (j<NELEM); j++)
  95       if (strncmp(cc,element[j].name,strlen(element[j].name)) == 0) {
  96         ca[i].z = element[j].nel;
  97         break;
  98       }
  99     if (j == NELEM)
 100       fatal_error(0,PREFIX"Don't know number of electrons for %s",
 101                   *atomname[i]);
 102     elemcnt[j]++;
 103
 104     ca[i].sigPh = element[elem_index[ca[i].z]].cross[Eindex].photo;
 105     ca[i].sigIn = element[elem_index[ca[i].z]].cross[Eindex].incoh;
 106     ca[i].fj    = recoil[ca[i].z].Prob_K;
 107     switch (ca[i].z) {
 108     case 6:
 109       ca[i].vAuger  = 0.904;
 110       break;
 111     case 7:
 112       ca[i].vAuger  = 0.920;
 113       break;
 114     case 8:
 115       ca[i].vAuger  = 0.929;
 116       break;
 117     case 16:
 118     case 20:
 119       ca[i].vAuger = 1.0;
 120       break;
 121     default:
 122       ca[i].vAuger= -1;
 123     }
 124   }
 125
 126   fprintf(log,PREFIX"You have the following elements in your system (%d atoms):\n"PREFIX,md->nr);
 127   for(j=0; (j<NELEM); j++)
 128     if (elemcnt[j] > 0)
 129       fprintf(log,"  %s: %d",element[j].name,elemcnt[j]);
 130   fprintf(log," atoms\n");
 131
 132   sfree(elemcnt);
 133
 134   return ca;
 135 }
 136
 137 int number_K(t_cross_atom *ca)
 138 {
 139   if (ca->z <= 2)
 140     return ca->z-ca->n;
 141   else
 142     return 2-ca->k;
 143 }
 144
 145 int number_L(t_cross_atom *ca)
 146 {
 147   return ca->k-2+ca->z-ca->n;
 148 }
 149
 150 real xray_cross_section(int eColl,t_cross_atom *ca)
 151 {
 152   real c=0;
 153   int  nK,nL;
 154
 155   switch (eColl) {
 156   case ecollPHOTO:
 157     nK = number_K(ca);
 158     nL = number_L(ca);
 159     if (ca->z == 1)
 160       c = ca->sigPh;
 161     else if (ca->z == 2)
 162       c = ca->sigPh*0.5;
 163     else
 164       c = (nK*0.5*ca->fj + nL/(ca->z-2)*(1-ca->fj))*ca->sigPh;
 165     break;
 166   case ecollINELASTIC:
 167     c = (ca->z-ca->n)*ca->sigIn/ca->z;
 168     break;
 169   default:
 170     fatal_error(0,"No such collision type %d\n",eColl);
 171   }
 172   return c;
 173 }
 174
 175 real prob_K(int eColl,t_cross_atom *ca)
 176 {
 177   real Pl,Pk,P=0;
 178
 179   if ((ca->z <= 2) || (ca->z == ca->n))
 180     return 0;
 181
 182   switch (eColl) {
 183   case ecollPHOTO:
 184     Pl = (ca->k-2+ca->z-ca->n)*(1-ca->fj)/(ca->z-2);
 185     Pk = (2-ca->k)*ca->fj*0.5;
 186     P  = Pk/(Pl+Pk);
 187     break;
 188   case ecollINELASTIC:
 189     P = (2-ca->k)/(ca->z-ca->n);
 190     break;
 191   default:
 192     fatal_error(0,"No such collision type %d\n",eColl);
 193   }
 194   return P;
 195 }
 196
 197 double myexp(double x)
 198 {
 199   if (x < -70)
 200     return 0.0;
 201   else
 202     return exp(x);
 203 }
 204
 205 real ptheta_incoh(int Eindex,real theta)
 206      /* theta should be in degrees */
 207 {
 208   /* These numbers generated by fitting 5 gaussians to the real function
 209    * that describes the probability for theta.
 210    * We use symmetry in the gaussian (see 180-angle) therefore there
 211    * are fewer parameters (only 8 per energylevel).
 212    */
 213   static double ppp[NENER][8] = {
 214     { -0.00295169, 10.4847, 0.0341099, /*-*/43.1963,
 215       -0.0164054,  30.2452, 71.0311,    2.50282 },
 216     { -0.00370852, 9.02037, 0.100559,  /*-*/42.9962,
 217       -0.0537891,  35.5077, 71.4305,    1.05515 },
 218     { -0.00427039, 7.86831, 0.118042,  /*-*/45.9846,
 219       -0.0634505,  38.6134, 70.3857,    0.240082 },
 220     { -0.004514,   7.0728,  0.13464,  /*-*/48.213,
 221       -0.0723,     41.06,   69.38,     -0.02 },
 222     { -0.00488796, 5.87988, 0.159574,  /*-*/51.5556,
 223       -0.0855767,  44.7307, 69.0251,   -0.414604 },
 224     { -0.00504604, 4.56299, 0.201064,  /*-*/54.8599,
 225       -0.107153,   48.7016, 68.8212,   -0.487699 }
 226   };
 227   double g1,g2,g3,g4,g5,ptheta;
 228
 229   g1 = myexp(-0.5*sqr((theta-ppp[Eindex][7])/ppp[Eindex][1]));
 230   g2 = myexp(-0.5*sqr((theta-180+ppp[Eindex][7])/ppp[Eindex][1]));
 231   g3 = myexp(-0.5*sqr((theta-90)/ppp[Eindex][3]));
 232   g4 = myexp(-0.5*sqr((theta-ppp[Eindex][6])/ppp[Eindex][5]));
 233   g5 = myexp(-0.5*sqr((theta-180+ppp[Eindex][6])/ppp[Eindex][5]));
 234
 235   ptheta = ppp[Eindex][0]*(g1+g2) + ppp[Eindex][2]*g3 + ppp[Eindex][4]*(g4+g5);
 236
 237   return ptheta;
 238 }
 239
 240 real rand_theta_incoh(int Eindex,int *seed)
 241 {
 242 #define NINTP 450
 243 #define prev (1-cur)
 244   static bool bFirst = TRUE;
 245   static real **intp;
 246   static int  i,j,cur=1;
 247   real theta,sum,rrr,dx;
 248   real g[NENER],y[2];
 249
 250   dx = 90.0/(real)NINTP;
 251   if (bFirst) {
 252     /* Compute cumulative integrals of all probability distributions */
 253     snew(intp,NENER);
 254     for(i=0; (i<NENER); i++) {
 255       snew(intp[i],NINTP+1);
 256       y[prev]    = ptheta_incoh(i,0.0);
 257       /*sum        = y[prev];*/
 258       for(j=1; (j<=NINTP); j++) {
 259         y[cur]     = ptheta_incoh(i,j*dx);
 260         /*sum       += y[cur];*/
 261         intp[i][j] = intp[i][j-1] + (y[cur]+y[prev])*dx;
 262         cur        = prev;
 263       }
 264     }
 265     if (debug) {
 266       fprintf(debug,"Integrated probability functions for theta incoherent\n");
 267       for(j=0; (j<NINTP); j++) {
 268         fprintf(debug,"%10f",dx*j);
 269         for(i=0; (i<NENER); i++)
 270           fprintf(debug,"  %10f",intp[i][j]);
 271         fprintf(debug,"\n");
 272       }
 273     }
 274     bFirst = FALSE;
 275   }
 276
 277   rrr = rando(seed);
 278   for(j=0; (j<NINTP) && (rrr > intp[Eindex][j]); j++)
 279     ;
 280
 281   return (j-1+(rrr-intp[Eindex][j-1])/(intp[Eindex][j]-intp[Eindex][j-1]))*dx;
 282 }
 283
 284 static void polar2cart(real phi,real theta,rvec v)
 285 {
 286   v[XX] = cos(phi)*sin(theta);
 287   v[YY] = sin(phi)*sin(theta);
 288   v[ZZ] = cos(theta);
 289 }
 290
 291 void rand_vector(rvec v,int *seed)
 292 {
 293   real theta,phi;
 294
 295   theta = 180.0*rando(seed);
 296   phi   = 360.0*rando(seed);
 297   polar2cart(phi,theta,v);
 298 }
 299
 300 real electron_cross_section(FILE *fp,rvec v,real mass,int nelec)
 301 {
 302   /* Compute cross section for electrons */
 303   real T,B,U,S,Q,R,N,t,u,lnt,sigma;
 304   real a0 = 0.05292; /* nm */
 305
 306   /* Have to determine T (kinetic energy of electron) */
 307   T = 0.5*mass*iprod(v,v);
 308
 309   /* R is the binding energy of the electron in hydrogen */
 310   R = 13.61*ELECTRONVOLT;
 311
 312   /* Have to determine the binding energy B, differs per orbital of course */
 313   B = R;
 314
 315   /* Have to determine the orbital kinetic energy U */
 316   U = R;
 317
 318   /* Have to know number of electrons */
 319   N = nelec;
 320
 321   /* Magic constant Q */
 322   Q = 1;
 323
 324   /* Some help variables */
 325   t     = T/B;
 326   u     = U/B;
 327   S     = 4*M_PI*sqr(a0)*N*sqr(R/B);
 328   lnt   = log(t);
 329
 330   /* Resulting variable */
 331   sigma = (S/(t+u+1))*( 0.5*Q*lnt*(1-1/sqr(t)) + (2-Q)*(1-1/t-lnt/(t+1)) );
 332
 333   return sigma;
 334 }
 335
 336 static bool analyze_electrons(FILE *fp,t_electron_db *edb,
 337                               int natom,char **atomname[])
 338 {
 339   int  i,etp;
 340   char *cc;
 341
 342   cc = getenv("GENERATE_ELECTRONS");
 343   if (sscanf(cc,"%d",&etp) == 1) {
 344     for(i=0; (i<natom); i++) {
 345       if (strcmp(*atomname[i],"EL") == 0)
 346         break;
 347     }
 348     edb->elec0      = i;
 349     edb->nelec      = 0;
 350     edb->maxelec    = natom-i;
 351     edb->elmin_type = etp;
 352     fprintf(fp,PREFIX"There are %d possible electrons\n",edb->maxelec);
 353
 354     return TRUE;
 355   }
 356   else {
 357     fprintf(fp,PREFIX"No electron features today.\n");
 358     return FALSE;
 359   }
 360 }
 361
 362 void add_electron(FILE *fp,t_mdatoms *md,t_electron_db *edb,int ion,
 363                   rvec x[],rvec v[],rvec dv,real dt)
 364 {
 365   int  m,ee;
 366   real nv;
 367
 368   if (edb->nelec < edb->maxelec) {
 369     ee = edb->elec0+edb->nelec++;
 370     md->chargeA[ee] = md->chargeB[ee] = md->chargeT[ee] = -1;
 371     md->typeA[ee]   = md->typeB[ee]   = edb->elmin_type;
 372
 373     /* Velocity! */
 374     svmul(-md->massA[ion]*md->invmass[ee],dv,v[ee]);
 375     /* Do a first step to prevent the electron from being on top of the
 376      * nucleus, move it 0.05 nm from the nucleus
 377      */
 378     nv = 1.0/norm(v[ee]);
 379     for(m=0; (m<DIM); m++)
 380       x[ee][m] = x[ion][m] + v[ee][m]*nv*0.05;
 381   }
 382   else
 383     fatal_error(0,PREFIX"No more particles to turn into electrons\n");
 384 }
 385
 386 bool khole_decay(FILE *fp,t_cross_atom *ca,rvec x[],rvec v[],int ion,
 387                  int *seed,real dt,bool bElectron,
 388                  t_mdatoms *md,t_electron_db *edb)
 389 {
 390   rvec dv;
 391   real ndv,factor;
 392   int  m;
 393
 394   if ((ca->vAuger < 0) || (recoil[ca->z].tau == 0)) {
 395     dump_ca(stderr,ca,ion,__FILE__,__LINE__);
 396     exit(1);
 397   }
 398   if (rando(seed) < dt/recoil[ca->z].tau) {
 399     if (debug)
 400       fprintf(debug,"DECAY: Going to decay a k hole\n");
 401     ca->n++;
 402     ca->k--;
 403     /* Generate random vector */
 404     rand_vector(dv,seed);
 405
 406     factor = ca->vAuger;
 407     if (debug)
 408       fprintf(debug,"DECAY: factor=%10g, dv = (%8.3f, %8.3f, %8.3f)\n",
 409               factor,dv[XX],dv[YY],dv[ZZ]);
 410     svmul(factor,dv,dv);
 411     rvec_inc(v[ion],dv);
 412
 413     /* Now put the electron in place */
 414     if (bElectron)
 415       add_electron(fp,md,edb,ion,x,v,dv,dt);
 416
 417     return TRUE;
 418   }
 419   else
 420     return FALSE;
 421 }
 422
 423 real electron_atom_interactions(FILE *fp,t_mdatoms *md,t_inputrec *ir,
 424                                 int start,int end,
 425                                 rvec x[],rvec v[],rvec f[],matrix box)
 426 {
 427   /* Compute what the name says... */
 428   int  i,j,m,elec1,e1;
 429   rvec dx;
 430   real mindist2,vc,vtot,fscal,fc,dx2,dx_1,qi,*q;
 431
 432   mindist2 = sqr(0.05);
 433   vtot     = 0;
 434
 435   if (edb.nelec > 0) {
 436     /* Do a search... */
 437     q = md->chargeT;
 438     if (ir->ePBC != epbcNONE)
 439       init_pbc(box,FALSE);
 440     /* the end variable usually includes electrons */
 441     e1 = min(end,edb.elec0);
 442     for(i=start; (i<e1); i++) {
 443       elec1 = edb.elec0 + edb.nelec;
 444       qi = q[i]*ONE_4PI_EPS0;
 445       for(j=edb.elec0; (j<elec1); j++) {
 446         if (ir->ePBC == epbcNONE)
 447           rvec_sub(x[i],x[j],dx);
 448         else
 449           pbc_dx(x[i],x[j],dx);
 450         dx2 = iprod(dx,dx);
 451         if (dx2 < mindist2) {
 452           /* Model collision */
 453         }
 454         else {
 455           /* Do normal coulomb */
 456           dx_1  = invsqrt(dx2);
 457           vc    = qi*q[j]*dx_1;
 458           vtot += vc;
 459           fscal = vc*dx_1*dx_1;
 460           for(m=0; (m<DIM); m++) {
 461             fc       = fscal*dx[m];
 462             f[i][m] += fc;
 463             f[j][m] -= fc;
 464           }
 465         }
 466       }
 467     }
 468   }
 469   return vtot;
 470 }
 471
 472 void ionize(FILE *fp,t_mdatoms *md,char **atomname[],real t,t_inputrec *ir,
 473             rvec x[],rvec v[],int start,int end,matrix box,t_commrec *cr)
 474 {
 475   static FILE  *xvg,*ion;
 476   static char  *leg[] = { "Probability", "Primary Ionization", "Integral over PI", "KHole-Decay", "Integral over KD" };
 477   static bool  bFirst = TRUE,bElectron = FALSE;
 478   static real  t0,imax,width,inv_nratoms,rho,nphot;
 479   static real  interval;
 480   static int   dq_tot,nkd_tot,ephot,mode;
 481   static t_cross_atom *ca;
 482   static int   Eindex=-1;
 483
 484   real r,factor,ndv,E_lost=0,cross_atom,dvz,rrc;
 485   real pt,ptot,pphot,pcoll[ecollNR],tmax;
 486   real incoh,incoh_abs,sigmaPincoh,hboxx,hboxy,rho2;
 487   rvec dv,ddv;
 488   bool bIonize=FALSE,bKHole,bL,bDOIT;
 489   char *cc;
 490   int  i,j,k,kk,m,nK,nL,dq,nkh,nkdecay,elmin_type;
 491   int  *nionize,*nkhole,*ndecay,nbuf[2];
 492
 493   if (bFirst) {
 494     /* Get parameters for gaussian photon pulse from inputrec */
 495     t0       = ir->userreal1;  /* Peak of the gaussian pulse            */
 496     nphot    = ir->userreal2;  /* Intensity                             */
 497     width    = ir->userreal3;  /* Width of the peak (in time)           */
 498     rho      = ir->userreal4;  /* Diameter of the focal spot (nm)       */
 499     ionize_seed = ir->userint1;   /* Random seed for stochastic ionization */
 500     ephot    = ir->userint2;   /* Energy of the photons                 */
 501     mode     = ir->userint3;   /* Mode of ionizing                      */
 502     interval = 0.001*ir->userint4;   /* Interval between pulses (ps)    */
 503
 504     if ((width <= 0) || (nphot <= 0))
 505       fatal_error(0,"Your parameters for ionization are not set properly\n"
 506                   "width (userreal3) = %f,  nphot (userreal2) = %f",
 507                   width,nphot);
 508
 509     if ((mode < 0) || (mode >= eionNR))
 510       fatal_error(0,"Ionization mode (userint3)"
 511                   " should be in the range 0 .. %d",eionNR-1);
 512
 513     switch (mode) {
 514     case eionCYL:
 515       imax  = (nphot/(M_PI*sqr(rho/2)))*1e-10*1.0/(width*sqrt(2.0*M_PI));
 516       break;
 517     case eionSURF:
 518       imax  = (nphot/(M_PI*sqr(rho/2)))*1e-10*1.0/(width*sqrt(2.0*M_PI));
 519       break;
 520     }
 521     if (ionize_seed == 0)
 522       ionize_seed = make_seed();
 523     if (PAR(cr)) {
 524       for(i=0; (i<cr->nodeid); i++)
 525         ionize_seed = INT_MAX*rando(&ionize_seed);
 526       fprintf(fp,PREFIX"Modifying seed on parallel processor to %d\n",
 527               ionize_seed);
 528     }
 529
 530     for(Eindex=0; (Eindex < NENER) && (Energies[Eindex] != ephot); Eindex++)
 531       ;
 532     if (Eindex == NENER)
 533       fatal_error(0,PREFIX"Energy level of %d keV not supported",ephot);
 534
 535     /* Initiate cross section data etc. */
 536     ca      = mk_cross_atom(fp,md,atomname,Eindex);
 537
 538     dq_tot  = 0;
 539     nkd_tot = 0;
 540     inv_nratoms = 1.0/md->nr;
 541
 542     xvg   = xvgropen("ionize.xvg","Ionization Events","Time (ps)","()");
 543     xvgr_legend(xvg,asize(leg),leg);
 544     ion   = ffopen("ionize.log","w");
 545
 546     fprintf(fp,PREFIX"Parameters for ionization events:\n");
 547     fprintf(fp,PREFIX"Imax = %g, t0 = %g, width = %g, seed = %d\n"
 548             PREFIX"# Photons = %g, rho = %g, ephot = %d (keV), Electrons = %s\n",
 549             imax,t0,width,ionize_seed,nphot,rho,ephot,yesno_names[bElectron]);
 550     fprintf(fp,PREFIX"Electron_mass: %10.3e(keV) Atomic_mass: %10.3e(keV)\n"
 551             PREFIX"Speed_of_light: %10.3e(nm/ps)\n",
 552             ELECTRONMASS_keV,ATOMICMASS_keV,SPEED_OF_LIGHT);
 553     fprintf(fp,PREFIX"Interval between shots: %g ps\n",interval);
 554     fprintf(fp,PREFIX"Eindex = %d\n",Eindex);
 555     fprintf(fp,PREFIX"Doing ionizations for atoms %d - %d\n",start,end);
 556
 557     bElectron = analyze_electrons(fp,&edb,md->nr,atomname);
 558
 559     fflush(fp);
 560
 561     bFirst = FALSE;
 562   }
 563
 564   /******************************************************
 565    *
 566    *    H E R E    S T A R T S   I O N I Z A T I O N
 567    *
 568    ******************************************************/
 569
 570   /* Calculate probability */
 571   tmax        = t0;
 572   if (interval > 0)
 573     while (t > (tmax+interval*0.5))
 574       tmax += interval;
 575   /*  End when t <= t0 + (N+0.5) interval */
 576
 577   pt          = imax*ir->delta_t*exp(-0.5*sqr((t-tmax)/width));
 578   dq          = 0;
 579   nkdecay     = 0;
 580
 581   hboxx       = 0.5*box[XX][XX];
 582   hboxy       = 0.5*box[YY][YY];
 583   rho2        = sqr(rho);
 584
 585   /* Width of gaussian for probability of incoherent scattering */
 586   sigmaPincoh = 1/sqrt(44.0);
 587
 588   /* Arrays for ionization statistics */
 589   snew(nionize,md->nr);
 590   snew(nkhole,md->nr);
 591   snew(ndecay,md->nr);
 592
 593   /* Loop over atoms */
 594   for(i=start; (i<end); i++) {
 595     /* Loop over collision types */
 596     bKHole = FALSE;
 597     for(k=0; (k<ecollNR); k++)
 598       /* Determine cross section for this collision type */
 599       pcoll[k]= pt*xray_cross_section(k,&(ca[i]));
 600
 601     /* Total probability of ionisation */
 602     ptot = 1 - (1-pcoll[ecollPHOTO])*(1-pcoll[ecollINELASTIC]);
 603     if (debug && (i==0))
 604       fprintf(debug,PREFIX"Ptot = %g, t = %g\n",ptot,t);
 605
 606     /* Check whether to ionize this guy */
 607     bDOIT = FALSE;
 608     switch (mode) {
 609     case eionCYL:
 610       bDOIT = (((rando(&ionize_seed) < ptot) && (ca[i].n < ca[i].z)) &&
 611                ((sqr(x[i][XX] - hboxx) + sqr(x[i][YY] - hboxy)) < rho2));
 612       break;
 613     case eionSURF:
 614       bDOIT = FALSE;
 615       break;
 616     default:
 617       fatal_error(0,"Unknown ionization mode %d (%s, line %d)",mode,
 618                   __FILE__,__LINE__);
 619     }
 620
 621     if (bDOIT) {
 622       clear_rvec(dv);
 623
 624       /* The relative probability for a photoellastic event is given by: */
 625       pphot = pcoll[ecollPHOTO]/(pcoll[ecollPHOTO]+pcoll[ecollINELASTIC]);
 626
 627       if (rando(&ionize_seed) < pphot)
 628         k = ecollPHOTO;
 629       else
 630         k = ecollINELASTIC;
 631
 632       /* If a random number is smaller than the probability for
 633        * an L ionization than do that. Note that the probability
 634        * may be zero (H, He), but the < instead of <= covers that.
 635        */
 636       nK = number_K(&ca[i]);
 637       nL = number_L(&ca[i]);
 638       bL = (nK == 0) || ( (nL > 0) && (rando(&ionize_seed) > prob_K(k,&(ca[i]))));
 639
 640       switch (k) {
 641       case ecollPHOTO: {
 642         /* Select which one to take by yet another random numer */
 643         real theta,phi;
 644
 645         /* Get parameters for photoelestic effect */
 646         /* Note that in the article this is called 2 theta */
 647         theta = DEG2RAD*gauss(70.0,26.0,&ionize_seed);
 648         phi   = 2*M_PI*rando(&ionize_seed);
 649
 650         if (bL)
 651           E_lost = ephot-recoil[ca[i].z].E_L*(ca[i].n+1);
 652         else {
 653           E_lost = ephot-recoil[ca[i].z].E_K;
 654           if ((ca[i].z > 2) && (nL > 0))
 655             bKHole = TRUE;
 656         }
 657         if (debug)
 658           fprintf(debug,"i = %d, nK = %d, nL = %d, bL = %s, bKHole = %s\n",
 659                   i,nK,nL,BOOL(bL),BOOL(bKHole));
 660         if (E_lost < 0) {
 661           E_lost  = 0.0;
 662           bIonize = FALSE;
 663           bKHole  = FALSE;
 664         }
 665         else {
 666           /* Compute the components of the velocity vector */
 667           factor = ((ELECTRONMASS_keV/(ATOMICMASS_keV*md->massT[i]))*
 668                     (SPEED_OF_LIGHT*sqrt(2*E_lost/ELECTRONMASS_keV)));
 669
 670           /* Subtract momentum of recoiling electron */
 671           polar2cart(phi,theta,ddv);
 672           for(m=0; (m<DIM); m++)
 673             dv[m] -= factor*ddv[m];
 674
 675           add_electron(fp,md,&edb,i,x,v,dv,ir->delta_t);
 676
 677           if (debug)
 678             pr_rvec(debug,0,"ELL",dv,DIM);
 679
 680           bIonize = TRUE;
 681         }
 682         break;
 683       }
 684       case ecollINELASTIC: {
 685         real theta,phi,Ebind,Eelec;
 686
 687         if (bL)
 688           Ebind = (ca[i].n+1)*recoil[ca[i].z].E_L;
 689         else {
 690           Ebind  = recoil[ca[i].z].E_K;
 691           if ((ca[i].z > 2) && (nL > 0))
 692             bKHole = TRUE;
 693         }
 694         theta      = DEG2RAD*rand_theta_incoh(Eindex,&ionize_seed);
 695         Eelec      = (sqr(ephot)/512)*(1-cos(2*theta));
 696         bIonize    = (Ebind <= Eelec);
 697         bKHole     = bKHole && bIonize;
 698         if (debug)
 699           fprintf(debug,PREFIX"Ebind: %g, Eelectron: %g\n",Ebind,Eelec);
 700         if (!bIonize) {
 701           /* Subtract momentum of recoiling photon */
 702           /*phi     = 2*M_PI*rando(&ionize_seed);
 703             bKHole  = FALSE;
 704             factor  = ephot*438;
 705             dv[XX] -= factor*cos(phi)*sin(theta);
 706             dv[YY] -= factor*sin(phi)*sin(theta);
 707             dv[ZZ] -= factor*cos(theta);
 708           */
 709           if (debug)
 710             pr_rvec(debug,0,"INELL",dv,DIM);
 711         }
 712         break;
 713       }
 714       default:
 715         fatal_error(0,"Ga direct naar de gevangenis. Ga niet langs start");
 716       }
 717       if (bIonize) {
 718         /* First increase the charge */
 719         if (ca[i].n < ca[i].z) {
 720           md->chargeA[i] += 1.0;
 721           md->chargeB[i] += 1.0;
 722           ca[i].n++;
 723           dq ++;
 724         }
 725         if (debug) {
 726           fprintf(debug,"Random-dv[%3d] = %10.3e,%10.3e,%10.3e,"
 727                   " ephot = %d, Elost=%10.3e\n",
 728                   i,dv[XX],dv[YY],dv[ZZ],ephot,E_lost);
 729         }
 730       }
 731       /* Now actually add the impulse to the velocities */
 732       for(m=0; (m<DIM); m++)
 733         v[i][m] += dv[m];
 734       if (bKHole) {
 735         ca[i].k ++;
 736         nkhole[i]++;
 737       }
 738       else if (bIonize)
 739         nionize[i]++;
 740     }
 741
 742     /* Now check old event: Loop over k holes! */
 743     nkh = ca[i].k;
 744     for (kk = 0; (kk < nkh); kk++)
 745       if (khole_decay(fp,&(ca[i]),x,v,i,&ionize_seed,ir->delta_t,
 746                       bElectron,md,&edb)) {
 747         nkdecay ++;
 748         ndecay[i]++;
 749       }
 750
 751     if (debug && (ca[i].n > 0))
 752       dump_ca(debug,&(ca[i]),i,__FILE__,__LINE__);
 753   }
 754
 755   /* Sum events for statistics if necessary */
 756   if (PAR(cr)) {
 757     gmx_sumi(md->nr,nionize,cr);
 758     gmx_sumi(md->nr,nkhole,cr);
 759     gmx_sumi(md->nr,ndecay,cr);
 760     nbuf[0] = dq; nbuf[1] = nkdecay;
 761     gmx_sumi(2,nbuf,cr);
 762     dq = nbuf[0]; nkdecay = nbuf[1];
 763   }
 764   /* Now sum global events on this timestep to cumulative numbers */
 765   dq_tot  += dq;
 766   nkd_tot += nkdecay;
 767
 768   /* Printing time */
 769   if (MASTER(cr)) {
 770     /* Print data to the file that holds ionization events per atom */
 771     fprintf(ion,"%12.8f",t);
 772     for(i=0; (i<md->nr); i++) {
 773       if (nionize[i])
 774         fprintf(ion,"  I:%d",i+1);
 775       if (nkhole[i])
 776         fprintf(ion,"  K:%d",i+1);
 777       if (ndecay[i])
 778         fprintf(ion,"  D:%d",i+1);
 779     }
 780     fprintf(ion,"\n");
 781     if (debug)
 782       fflush(ion);
 783
 784     /* Print statictics to file */
 785     fprintf(xvg,"%10.5f  %10.3e  %6d  %6d  %6d  %6d",
 786             t,pt,dq,dq_tot,nkdecay,nkd_tot);
 787     fprintf(xvg,"\n");
 788     if (debug)
 789       fflush(xvg);
 790   }
 791   sfree(nionize);
 792   sfree(nkhole);
 793   sfree(ndecay);
 794 }
 795