<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">733949</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2021.733949</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Collisions of Nucleons with Atoms: Calculated Cross Sections and Monte Carlo Simulation</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Salvat and Quesada</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Collisions of Nucleons with Atoms</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>Francesc</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1391496/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Quesada</surname>
<given-names>Jos&#xe9; Manuel</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1521589/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Facultat de F&#xed;sica (FQA and ICC), Universitat de Barcelona, <addr-line>Barcelona</addr-line>, <country>Spain</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>Departamento de F&#xed;sica At&#xf3;mica, Molecular y Nuclear, Universidad de Sevilla, <addr-line>Sevilla</addr-line>, <country>Spain</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1105948/overview">Vasilis Vlachoudis</ext-link>, European Organization for Nuclear Research (CERN), Switzerland</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1323879/overview">Marco Incagli</ext-link>, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - sezione di Pisa, Italy</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1273025/overview">Tuba Conka Yildiz</ext-link>, T&#xfc;rkisch-Deutsche Universit&#xe4;t, Turkey</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Francesc Salvat, <email>francesc.salvat@ub.edu</email>
</corresp>
<fn fn-type="equal" id="FN1">
<label>
<sup>&#x2020;</sup>
</label>
<p>These authors have contributed equally to this&#x20;work</p>
</fn>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Radiation Detectors and Imaging, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>13</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>733949</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>30</day>
<month>06</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>01</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Salvat and Quesada.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Salvat and Quesada</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>After a summary description of the theory of elastic collisions of nucleons with atoms, we present the calculation of a generic database of differential and integrated cross sections for the simulation of multiple elastic collisions of protons and neutrons with kinetic energies larger than 100&#xa0;keV. The relativistic plane-wave Born approximation, with binding and Coulomb-deflection corrections, has been used to calculate a database of proton-impact ionization of K-shell and L-, M-, and N-subshells of neutral atoms These databases cover the whole energy range of interest for all the elements in the periodic system, from hydrogen to einsteinium (<italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1&#x2013;99); they are provided as part of the <sc>penh</sc> distribution package. The Monte Carlo code system <sc>penh</sc> for the simulation of coupled electron-photon-proton transport is extended to account for the effect of the transport of neutrons (released in proton-induced nuclear reactions) in calculations of dose distributions from proton beams. A simplified description of neutron transport, in which neutron-induced nuclear reactions are described as a fractionally absorbing process, is shown to give simulated depth-dose distributions in good agreement with those generated by the G<sc>eant4</sc> code. The proton-impact ionization database, combined with the description of atomic relaxation data and electron transport in <sc>penelope</sc>, allows the simulation of proton-induced x-ray emission spectra from targets with complex geometries.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>coupled electron-photon-proton transport</kwd>
<kwd>Monte Carlo simulation</kwd>
<kwd>PENELOPE-PENH code system</kwd>
<kwd>random-hinge method</kwd>
<kwd>neutron transport</kwd>
<kwd>proton-induced x-ray emission</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">Ministerio de Ciencia, Innovaci&#xf3;n y Universidades<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100014440</named-content>
</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Motivated by the specific needs of protontherapy and proton-induced x-ray emission, we have recently extended the <sc>penelope</sc> code system [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] to introduce the simulation of interactions and transport of protons [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. The resulting code, named <sc>penh</sc>, performs class-II Monte Carlo simulation of coupled electron-photon-proton transport in material structures consisting of homogeneous bodies limited by quadric surfaces. In class II simulation schemes, hard interactions (that is, interactions involving scattering angles or energy losses larger than preselected cutoffs) are simulated by random sampling from their restricted differential cross sections (DCSs) while the cumulative effect of soft (sub-cutoff) interactions is described by means of a multiple-scattering approach. Class II simulation has distinct advantages in front of conventional condensed simulation (see, <italic>e.g.</italic>, Ref.&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]).</p>
<p>The <sc>penh</sc> code accounts for elastic and inelastic collisions of protons with atoms, as well as for nuclear reactions induced by proton impact. Elastic collisions of protons with nuclei are described by means of numerical DCSs obtained as the product of the DCS for scattering by the bare nucleus, which was computed by the method of partial-waves with the global optical-model potential of Koning and Delaroche [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], and a screening factor accounting for the effect of the screening of the Coulomb field of the nucleus by the atomic electrons, which was calculated from the eikonal approximation for the Dirac-Hartree-Fock-Slater potential of neutral atoms [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Proton-induced electronic excitations are simulated by means of DCSs obtained from the Born approximation with the Sternheimer-Liljequist model of the generalized oscillator strength (GOS) [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], which is modified by rescaling the relative contributions of the various electron subshells to give cross sections for the impact ionization of inner subshells equal to unpublished results obtained from accurate atomic GOSs [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Nuclear reactions induced by proton impact are simulated by using information from data files in ENDF-6 format [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], which provide cross sections, multiplicities, and angle-energy distributions of all reaction products: light ejectiles (up to alphas), gammas, as well as recoiling heavy residuals.</p>
<p>Although electromagnetic interactions are faithfully described for protons in the energy range from 100&#xa0;keV up to 1&#xa0;GeV, the unavailability of nuclear reaction data for energies higher than about 200&#xa0;MeV, limit the possible applications of the code. Simulations with <sc>penh</sc> are also limited by the fact that the code can only follow electrons/positrons, photons, and protons. To lessen the effect of this limitation, light charged ejectiles other than protons (deuterons, tritons, <sup>3</sup>He, and alphas) are tracked as weighted protons [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Neutrons and heavy products are not followed and their kinetic energies were assumed to be deposited at the reaction site. Comparison with results from other codes shows that, as one could predict, the calculated dose distributions from proton beams are generally accurate in the volume swept by the protons, but are generally too low outside that volume, mostly because of the neglect of neutron transport. In this respect, it is worth recalling that neutrons practically do not interact with electrons and, as a consequence, they have large mean free paths. In the energy range covered by the proton simulation code, nominally from 100&#xa0;keV to 1&#xa0;GeV, the mean free path of neutrons in water ranges from about 5&#xa0;cm at 100&#xa0;keV to &#x223c; 66&#xa0;cm at 1&#xa0;GeV.</p>
<p>The aim of the present article is twofold. First, we present the theory and computational aspects of the calculation of the DCSs for elastic collisions of neutrons and protons, and of the cross sections for ionization of inner electron subshells of atoms by proton impact. We also describe the structure and contents of the associated numerical databases, which completely define the interaction models used in <sc>penh</sc> for nucleons. Second, we present a simplified algorithm for the simulation of the effect of neutron transport in Monte Carlo calculations of dose distributions from proton beams, which only uses the information provided in the calculated elastic-scattering database, that is, the total and DCS for elastic collisions and the reaction cross section, which is one of the basic parameters used to set the nuclear optical-model potential. The main simplification is that neutron-induced nuclear reactions are described as purely absorptive, that is, when the transported neutron induces a reaction, the simulation of the neutron is discontinued and a fraction of its kinetic energy is assumed to be locally absorbed. It will be shown that, in spite of its crudeness, this transport algorithm accounts for the contribution of neutrons to the spatial dose distribution fairly accurately. Although random histories of neutrons with protontherapy energies (say, from 100&#xa0;keV to &#x223c; 300&#xa0;MeV) may be simulated detailedly (<italic>i.e.</italic>, interaction by interaction) we adopt a class II tracking scheme, which is analogous to the ones used in <sc>penelope-penh</sc> for electrons/positrons and protons, because it allows speeding up simulations of high-energy neutrons.</p>
<p>The present article is organized as follows. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> we describe the calculation of DCSs for elastic collisions of nucleons and protons with atoms (nuclei), the structure of the numerical database for elastic scattering of these particles, and the implementation of a class II algorithm for the simulation of multiple elastic scattering of neutrons. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> deals with the ionization of inner electron subshells of atoms by impact of protons, which is based on total cross sections calculated from the relativistic plane-wave Born approximation with corrections for binding/polarization and Coulomb deflection effects. After a brief presentation of the theory and sample results, the associated numerical database is described. The validation of the <sc>penh</sc> calculation of dose distributions from proton beams is considered in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>. <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> illustrates the simulation of proton-induced x-ray emission from solid targets. Finally, in <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref> we offer a few concluding remarks.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Elastic Collisions</title>
<p>We consider elastic collisions of nucleons with atoms of the element of atomic number <italic>Z</italic>. In order to cover the range of kinetic energies of interest in proton therapy, up to about 300&#xa0;MeV, we shall use relativistic collision kinematics. The simulation code transports particles in the laboratory (L) frame, where the material is at rest and the projectile moves with kinetic energy <italic>E</italic> before the collision. For simplicity, we consider that the <italic>z</italic> axis of the reference frame is parallel to the linear momentum of the projectile, which is given by<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close="">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <italic>c</italic> is the speed of light in vacuum and <italic>m</italic> is the projectile mass (&#x3d; <italic>m</italic>
<sub>p</sub> for protons, and &#x3d; <italic>m</italic>
<sub>n</sub> for neutrons). The total energy of the projectile is<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m2">
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>We recall the general relations<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m3">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m4">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>is the speed of the particle in units of <italic>c</italic> and<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>is the particle&#x2019;s total energy in units of its rest energy.</p>
<p>Elastic collisions involve a certain transfer of kinetic energy to the target atom, which is easily accounted for by sampling the collisions in the center-of-mass (CM) frame, which moves relative to the L frame with velocity<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <italic>M</italic>
<sub>A</sub> is the mass of the atom. In the CM frame the linear momenta of the projectile and the atom before the collision are, respectively, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m7">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m8">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, with<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m9">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>Quantities in the CM frame are denoted by primes. After the elastic collision, in CM the projectile moves with momentum <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m10">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> in a direction defined by the polar scattering angle <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032; and the azimuthal scattering angle <italic>&#x3d5;</italic>&#x2032;, and the target atom recoils with equal momentum <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m11">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> in the opposite direction. The final energies and directions of the projectile and the atom in the L frame are obtained by means of a Lorentz boost with velocity &#x2212; <bold>v</bold>
<sub>CM</sub>. Thus, elastic collisions are completely determined by the DCS <italic>d&#x3c3;</italic>/<italic>d</italic>&#x3a9;&#x2032; in the CM&#x20;frame.</p>
<p>We follow the approach described in our previous work on proton transport [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], <italic>i.e.</italic>, we assume that the interaction potential in the CM frame is central, because this is a prerequisite for applying the partial-wave expansion method to compute the DCS. Our approach can be qualified as semi-relativistic, because we are using strict relativistic kinematics but we do not account for the breaking of the central symmetry of the interaction when passing from the L to the CM&#x20;frame.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Interaction Potential</title>
<p>The interaction of the incident nucleon with a bare nucleus of the isotope <sup>
<italic>A</italic>
</sup>
<italic>Z</italic> having atomic number <italic>Z</italic> and mass number <italic>A</italic> can be described by a phenomenological complex optical-model potential<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where the first term is a real potential, which in the case of projectile protons includes the Coulomb interaction, and the second term, i<italic>W</italic>
<sub>opt</sub>(<italic>r</italic>), is an absorptive (negative) imaginary potential, which accounts for the loss of nucleons in the elastic channel caused by inelastic processes. Parameterizations of optical-model potentials are generally expressed as a combination of Woods&#x2013;Saxon volume terms,<disp-formula id="e9a">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9a)</label>
</disp-formula>and surface derivative (d) terms,<disp-formula id="e9b">
<mml:math id="m14">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(9b)</label>
</disp-formula>The parameters in these functions are the radius <italic>R</italic> and the diffuseness <italic>a</italic>; typically, the radius is expressed as <italic>R</italic>&#x20;&#x3d; <italic>r</italic>
<sub>0</sub>
<italic>A</italic>
<sup>1/3</sup>. We consider global model potentials of the type<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m15">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>with the following terms:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) Real volume potential:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11a">
<mml:math id="m16">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11a)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>2) Real surface potential:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11b">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11b)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>3) Coulomb potential: approximated by the electrostatic potential of a uniformly charged sphere of radius&#x20;<italic>R</italic>
<sub>c</sub>,</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11c">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(11c)</label>
</disp-formula>where <italic>e</italic> is the elementary charge and <italic>z</italic>
<sub>0</sub>
<italic>e</italic> the nucleon charge (<italic>z</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 1 for protons and &#x3d; 0 for neutrons).<list list-type="simple">
<list-item>
<p>4) Real spin-orbit potential:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11d">
<mml:math id="m19">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11d)</label>
</disp-formula>where the quantity in parentheses is the pion Compton wavelength, <italic>&#x210f;</italic>/(<italic>m</italic>
<sub>
<italic>&#x3c0;</italic>
</sub>
<italic>c</italic>) &#x2243; 1.429&#xa0;502&#xa0;fm.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>5) Imaginary volume potential:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11e">
<mml:math id="m20">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11e)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>6) Imaginary surface potential:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11f">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11f)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>7) Imaginary spin-orbit potential:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e11g">
<mml:math id="m22">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11g)</label>
</disp-formula>The operators <bold>L</bold> and <bold>S</bold> are, respectively, the orbital and spin angular momenta (both in units of <italic>&#x210f;</italic>) of the projectile nucleon. We have indicated explicitly that the strengths of the potential terms are functions (usually expressed as polynomials) of the kinetic energy <italic>E</italic> of the projectile in the L frame. Except for the Coulomb term of protons, the potential is of finite-range, it vanishes when the distance <italic>r</italic> from the projectile to the nucleus is larger than about twice the &#x201c;nuclear radius&#x201d;, <italic>R</italic>
<sub>nuc</sub> &#x223c; 1.2&#x20;<italic>A</italic>
<sup>1/3</sup>&#xa0;fm. In the calculations we use the parameterization of the global optical-model potential of Koning and Delaroche&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Scattering Amplitudes and Cross Sections</title>
<p>The scattering of nucleons by nuclei in the CM frame is described by using the partial-wave expansion method. The underlying physical picture is that of a stationary process represented by a distorted plane wave, <italic>i.e.</italic>, by an exact solution of the time-independent relativistic Schr&#xf6;dinger equation for the potential <italic>V</italic>
<sub>nuc</sub>(<italic>r</italic>),<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m23">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>which asymptotically behaves as a plane wave with an outgoing spherical wave. The quantity <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>r</sub> is the relativistic reduced mass of the projectile and the target atom, defined as<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m25">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>are, respectively, the total energies of the projectile and the atom before the collision.</p>
<p>As the potential <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">(10)</xref> contains spin-orbit terms, the wave function is a two-component spinor. Assuming that before the interaction the projectile moves in the direction of the <italic>z</italic> axis, the asymptotic, large-<italic>r</italic> behavior of the distorted plane wave is<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m26">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c7;</italic> is a spinor, which defines the spin state of the incident nucleon, <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m27">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the projectile&#x2019;s wave number, and <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032; and <italic>&#x3d5;</italic>&#x2032; are the polar and azimuthal scattering angles, <italic>i.e.</italic>, those of the direction <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The factor <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m29">
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a 2&#x20;&#xd7; 2 matrix independent of <italic>r</italic>,<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m30">
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>The functions <italic>f</italic> (<italic>&#x3b8;</italic>&#x2032;) and <italic>g</italic> (<italic>&#x3b8;</italic>&#x2032;) are called the &#x201c;direct&#x201d; and &#x201c;splin-flip&#x201d; scattering amplitudes, respectively. Evidently, these functions determine the final spin state of the scattered nucleon.</p>
<p>The scattering amplitudes can be calculated in terms of the phase shifts <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;j</italic>
</sub> of spherical waves with orbital and total angular momenta <italic>&#x2113;</italic> and <italic>j</italic>, respectively. Calculations are performed by using the Fortran subroutine package <sc>radial</sc> of Salvat and Fern&#xe1;ndez-Varea [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], which implements a robust power series solution method that effectively avoids truncation errors and yields highly accurate radial functions. The calculation for protons is complicated by the fact that the atomic electrons screen the long-range Coulomb potential of the nucleus, resulting in an affective electrostatic potential that decreases in magnitude as the radial distance <italic>r</italic> increases. This screened atomic potential extends up to radial distances of the order of the atomic radius, <italic>R</italic>
<sub>at</sub> &#x223c; 10<sup>5</sup>
<italic>R</italic>
<sub>nuc</sub> and, because of the small wavelengths of protons and heavier projectiles, the numerical calculation of phase-shifts for the screened nuclear potential is unfeasible. The DCSs for elastic scattering of protons can be calculated by combining a partial-wave calculation of the scattering by the bare nucleus with an electronic screening correction derived from the eikonal approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Here we describe the calculation of the DCS for elastic collisions of neutrons, which is less demanding than for protons because, due to the absence of the Coulomb term, the interaction potential has a finite&#x20;range.</p>
<p>The reduced radial functions, <italic>P</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;j</italic>
</sub>(<italic>r</italic>) are the regular solutions of the radial wave equation<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m31">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>with the &#x201c;radial&#x201d; potential<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m32">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>The radial functions are normalized so that<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m33">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;j</italic>
</sub> is the complex phase shift. The <sc>radial</sc> subroutines determine each phase shift by integrating the corresponding radial equation from <italic>r</italic>&#x20;&#x3d; 0 outwards up to a radius <italic>r</italic>
<sub>m</sub> larger than the range of the nuclear interaction, and matching the numerical solution at <italic>r</italic>
<sub>m</sub> with a linear combination of the regular and irregular Bessel functions. It is worth mentioning that in the case of charged projectiles (protons and alphas), when electronic screening is ignored, the inner solution is matched to a combination of the regular and irregular Coulomb functions, and the phase shift is the sum of the calculated &#x201c;inner&#x201d; phase shift and the Coulomb phase shift (see, <italic>e.g.</italic>, Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]). All phase shifts with absolute values larger than 10<sup>&#x2013;9</sup> are calculated. In the following the phase shifts are denoted by the abridged notation <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;a</italic>
</sub> with <italic>a</italic>&#x20;&#x3d; sign (<italic>j</italic>&#x20;&#x2212; <italic>&#x2113;</italic>), <italic>i.e.</italic>, <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>&#x2b;</sub> &#x2261; <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>j</italic>&#x3d;<italic>&#x2113;</italic>&#x2b;1/2</sub> and <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>&#x2212;</sub>&#x2261; <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>,<italic>j</italic>&#x3d;<italic>&#x2113;</italic>&#x2212;1/2</sub>.</p>
<p>From the calculated phase shifts, the direct and spin-flip scattering amplitudes are evaluated from their partial-wave expansions<disp-formula id="e20a">
<mml:math id="m34">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(20a)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e20b">
<mml:math id="m35">
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20b)</label>
</disp-formula>where <italic>P</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>(cos&#x2009;<italic>&#x3b8;</italic>&#x2032;) and <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m36">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are Legendre polynomials and associated Legendre functions of the first kind [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], respectively, and<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>are the <italic>S</italic>-matrix elements.</p>
<p>For spin-unpolarized neutrons, the elastic DCS per unit solid angle in the CM frame is given by<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m38">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Owing to the assumed spherical symmetry of the target nucleus, the angular distribution of scattered neutrons is axially symmetric about the direction of incidence, <italic>i.e.</italic>, independent of the azimuthal scattering angle in both the CM and L frames.</p>
<p>The total elastic cross section is obtained as the integral of the DCS,<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The grand total cross section <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>T</sub>, accounting for both elastic scattering and inelastic interactions or reactions, can be obtained from the optical theorem,<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m40">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>R</sub> denotes the reaction cross section, <italic>i.e.</italic>, the total cross section for inelastic interactions.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3&#x20;Elastic-Scattering Database</title>
<p>A Fortran program named <sc>panelastic</sc> has been written to calculate differential and integrated cross sections for elastic collisions of protons, neutrons, and alphas with neutral atoms. It is assumed that the target atom is neutral and the calculated cross sections for each element are obtained as an average over those of the naturally occurring isotopes, weighted by their respective natural abundances [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Consistently, in the simulations we consider that the mass of a target atom is the average atomic mass of the element<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m41">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <italic>A</italic>
<sub>w</sub> is the molar mass of the element, and u &#x3d; <italic>m</italic> (<sup>12</sup>C)/12 is the atomic mass unit. This simplification permits reducing the required information for each element to a single cross section table, irrespective of the number of isotopes of that element. <sc>Panelastic</sc> uses the nuclear optical model potentials of Koning and Delaroche [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] for protons and neutrons, and that of Su and Han [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] for alphas. The parameters of the global potential for nucleons are determined for 24 &#x2264; <italic>A</italic>&#x20;&#x2264; 209 and <italic>E</italic>&#x20;&#x2264; 200&#xa0;MeV. Owing to the lack of more accurate approximations, because the potential values vary smoothly with <italic>A</italic>, <italic>Z</italic> and <italic>E</italic>, we use those parameters for all isotopes and for energies up to 300&#xa0;MeV, for higher energies the potential parameters at <italic>E</italic>&#x20;&#x3d; 300&#xa0;MeV are employed.</p>
<p>In the case of protons (and also alphas) the screening of the Coulomb potential of the nucleus by the atomic electrons is described by means of the Dirac-Hartree-Fock-Slater analytical screening function [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], and the screening correction to the nuclear DCS is evaluated by means of the eikonal approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Since scattering of charged particles is dominated by the long-range Coulomb interaction, the extrapolation of the nuclear optical-model potential to high energies has a small effect on proton transport calculations.</p>
<p>The program <sc>panelastic</sc> calculates cross sections for elastic collisions of a projectile particle with a given isotope <sup>
<italic>A</italic>
</sup>
<italic>Z</italic> for the kinetic energies of the projectile specified by the user. Alternatively, it can produce a complete database of DCSs and integrated cross sections for collisions of projectiles of a given type, with laboratory kinetic energies covering the range from 100&#xa0;keV to 1&#xa0;GeV for each element from hydrogen (<italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1) to einsteinium (<italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 99). The database grid of energies is logarithmic, with 35 points per decade. For each energy the program calculates the DCS in CM, <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>, for a grid of 1,000 polar angles <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032;. In order to reduce the size of the database, and also to improve the accuracy of interpolation in energy, the DCS is considered as a function of the variable<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m42">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
<italic>c</italic>
<sup>2</sup> times the square of the momentum transfer in CM. The original table is &#x201c;cleaned&#x201d;, by removing points in regions where the DCS varies smoothly, to define a reduced grid that allows accurate cubic spline interpolation in <italic>Q</italic>. The DCS interpolated in this way is estimated to be accurate to four or more digits. For each projectile energy, the database includes the values of the total elastic cross section, <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eq. 23</xref>, the reaction cross section obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Eq. 24</xref>, the first transport cross section (or momentum transfer cross section),<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m43">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>and the second transport cross section<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m44">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>The values of these integrated cross sections serve to assess the accuracy of the DCS interpolation scheme adopted in the simulation. We recall that the total elastic cross section and the reaction cross section have the same values in the CM and the L frames.</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Simulation of Neutron Elastic Collisions</title>
<p>The kinematics of elastic collisions of a neutron with laboratory energy <italic>E</italic> is completely determined by the polar scattering angle <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032; in CM. In the CM frame, after an elastic collision the magnitudes of the linear momenta of the projectile and the target atom are the same as before the collision, and the scattering angles <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032;, <italic>&#x3d5;</italic>&#x2032; determine the directions of motion of the two particles in CM. As mentioned above, the final kinetic energy <italic>E</italic>
<sub>nf</sub> and the polar scattering angle <italic>&#x3b8;</italic> of the projectile neutron in the L frame are obtained by a Lorentz boost with velocity &#x2212; <bold>v</bold>
<sub>CM</sub>, which gives<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m46">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m47">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>and <italic>&#x3c4;</italic> is the ratio of speeds of the CM and of the scattered neutron (in CM), <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m48">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m49">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>Notice that the azimuthal angle of the neutron direction in L is the same as in the CM frame. After the collision, in the L frame the target atom recoils with kinetic energy <italic>E</italic>
<sub>A</sub> &#x3d; <italic>E</italic>&#x20;&#x2212; <italic>E</italic>
<sub>nf</sub> and direction in the scattering plane with the polar angle<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m50">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The DCS can also be expressed in terms of the scattering angles in the L frame by making use of the inverse of the relation (30),<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m51">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>If <italic>&#x3c4;</italic> is less than unity only the plus sign before the square root has to be considered. For <italic>&#x3c4;</italic> &#x3e; 1, there are two values of the CM deflection <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032;, given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref>, for each value of <italic>&#x3b8;</italic>, which correspond to different final energies of the neutron in L. The DCS in the L frame is given by<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m52">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where the last factor is the DCS in the CM frame. Using the relation (34), we obtain<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m53">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="0.28em"/>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>If <italic>&#x3c4;</italic> &#x3c; 1 only the plus sign is valid and the scattering angle <italic>&#x3b8;</italic> varies from 0 to <italic>&#x3c0;</italic>. When <italic>&#x3c4;</italic> &#x2265; 1, the DCS vanishes for angles <italic>&#x3b8;</italic> larger than<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>for angles <italic>&#x3b8;</italic> &#x3c; <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>max</sub>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref> yields two values of <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032; in (0, <italic>&#x3c0;</italic>), the expression on the right-hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Eq. 36</xref> must then be evaluated for these two angles, and the resulting values added up to give the DCS in L. In class-II simulations <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">formula (36)</xref> allows determining the contributions of soft elastic interactions to the first and second transport cross sections.</p>
<p>The elastic collision involves the transfer of energy <italic>W</italic>&#x20;&#x3d; <italic>E</italic>
<sub>A</sub> from the projectile to the target atom. The energy loss can be expressed in terms of the scattering angle in CM,<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m55">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m56">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>is the maximum energy loss in a collision, which occurs when <italic>&#x3b8;</italic>&#x2032; &#x3d; <italic>&#x3c0;</italic>. The energy-loss DCS is<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m57">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>The nuclear stopping cross section is defined as<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m58">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The code <sc>penh</sc> simulates the transport of neutrons by using a class II tracking scheme that is analogous to the one employed for protons. The transport of neutrons is simplified by the fact that these particles only experience elastic collisions and nuclear reactions. The cross sections for these two processes are obtained from the partial-wave calculations of elastic scattering. The simulation of neutron-induced nuclear reactions is difficult because of the wide variety of open reaction channels, which are explicitly described in evaluated libraries for neutrons, although only for energies below 20&#xa0;MeV. Since a detailed description of reactions induced by neutrons down to thermal energies is beyond the capabilities of a dose-calculation code, we consider nuclear reactions as a purely absorptive process that terminates the neutron trajectory and a fraction <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m76">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the kinetic energy of the absorbed neutron is deposited locally. Comparison with simulation results from the codes <sc>fluka</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] and G<sc>eant4</sc> [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], which do include proper descriptions of neutron production and transport, shows that <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m77">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> should be given a value less than unity, indicating that neutron reactions produce high-energy gammas that propagate to large distances from the reaction site. In spite of its crudeness, this procedure is found to provide a realistic correction to the simulated dose whenever the actual flux of neutrons is in &#x201c;radiative equilibrium&#x201d; (<italic>i.e.</italic>, when the number and average energy of neutrons that enter a small probe volume equal the number and average energy of those that leave that volume). Under these circumstances, a fraction <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m78">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the energy absorbed through neutron-induced reactions remains on average at the reaction&#x20;site.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Ionization of Inner Electron Shells by Proton Impact</title>
<p>The slowing down of fast protons in matter is mostly due to inelastic collisions, <italic>i.e.</italic>, collisions causing electronic excitations of the material. Protons also slow down due to elastic collisions with nuclei (the so-called <italic>nuclear stopping</italic>), an effect that is automatically accounted for by the simulation scheme adopted in <sc>penh</sc>. The plane-wave Born approximation (PWBA) [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] is suited for describing inelastic collisions of protons with velocities much larger than those of the active target electrons. We consider inelastic collisions of a proton with initial kinetic energy <italic>E</italic> and momentum <bold>p</bold> [(<italic>cp</italic>)<sup>2</sup> &#x3d; <italic>E</italic> (<italic>E</italic>&#x20;&#x2b; 2&#x20;mc<sup>2</sup>)] with atoms of atomic number <italic>Z</italic>, characterized by the energy transfer <italic>W</italic>&#x20;&#x3d; <italic>E</italic>&#x20;&#x2212; <italic>E</italic>&#x2032; and the momentum transfer <bold>q</bold> &#x3d; <bold>p</bold> &#x2212; <bold>p</bold>&#x2032;, where <italic>E</italic>&#x2032; and <bold>p</bold>&#x2032; are, respectively, the energy and momentum of the projectile after the collision. The corresponding DCS is most conveniently considered as a function of the energy transfer <italic>W</italic> and the recoil energy <italic>Q</italic>, defined as the kinetic energy of an electron with linear momentum equal to the momentum transfer [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>],<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m59">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>The DCS obtained from the PWBA for ionizing collisions with electrons of a subshell <italic>a</italic> with binding energy <italic>E</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m60">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>where <italic>z</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; &#x2b; 1 is the proton charge in units of <italic>e</italic>, and the functions <italic>df</italic> (<italic>Q</italic>, <italic>W</italic>)/<italic>dW</italic> and <italic>dg</italic> (<italic>Q</italic>, <italic>W</italic>)/<italic>dW</italic> are, respectively, the longitudinal and transverse generalized oscillator strengths (GOS). Bote and Salvat [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] have calculated these GOS for all electron shells of atoms with <italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1 to 99 by using an independent-electron model with the Dirac-Hartree-Fock-Slater self-consistent potential of free atoms. The energy-loss DCS is obtained by integration over the kinematically allowed interval of recoil energies, (<italic>Q</italic>
<sub>&#x2212;</sub>, <italic>Q</italic>
<sub>&#x2b;</sub>), with endpoints given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">Eq. 42</xref> with cos&#x2009;<italic>&#x3b8;</italic> &#x3d; &#x2b; 1 and &#x2212;1,<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m61">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In <sc>penelope-penh</sc> proton inelastic collisions are described by means of the PWBA with a simplified model of the GOS [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], which is modulated so as to reproduce the cross sections for ionization of inner electron subshells read from the database. The main limitation of the PWBA is due to the neglect of the distortion of the projectile wave functions caused by the field of the target atom. For electrons and positrons, this distortion can be largely accounted for by using the distorted-wave Born approximation (DWBA), in which the projectile states are represented as distorted plane waves (see, <italic>e.g.</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], and references therein). Because of the slow convergence of the partial-wave series, this kind of calculation is only possible for projectile electrons and positrons with kinetic energies up to about 30<italic>E</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>. Bote and Salvat [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] used an optimized computation strategy, which combines the DWBA and the PWBA, to generate a database of electron-impact ionization cross sections for the K shell and the L and M subshells of all the elements from hydrogen to einsteinium (<italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1&#x2013;99) and for energies of the projectile from 50&#xa0;eV up to 1&#xa0;GeV. The results were found to agree well with available experimental data&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>].</p>
<p>Unfortunately, the calculation of cross sections for inelastic collisions from the DWBA is not feasible for charged particles heavier than the electron, because the smallness of the de Broglie wavelength of the projectile renders the calculation of free spherical waves extremely difficult. Chen et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>], and Chen and Crasemann [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] went beyond the PWBA by using the perturbed-stationary-state approximation of Brandt and Lapicki [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], which accounts for 1) alterations in the binding of the active electron due to the presence of the projectile near the nucleus of the target atom, and 2) the deflection of the projectile path caused by the Coulomb field of the nucleus. In our PWBA calculations of ionization cross sections for protons, these effects are introduced by means of semi-classical correcting factors, which are described in the following paragraphs.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; Binding effect</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>In collisions where the projectile proton penetrates deep into the target atom, the presence of the projectile modifies the binding energy of the active electron and, in the case of positively charged projectiles, leads to a reduction of the DCS. For the K shell and L subshells, Brandt and Lapicki [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] performed a first-order perturbation analysis, assuming that the projectile follows a straight trajectory and using hydrogenic wave functions. They obtained an ionization-energy shift of the active target electron given by<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m62">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>where <italic>Z</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> &#x3d; <italic>Z</italic>&#x20;&#x2212; <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> is the effective nuclear charge felt by the electrons in the unperturbed orbitals, with <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>K</sub> &#x3d; 0.3 and <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>L<italic>i</italic>
</sub> &#x3d; 4.15. The quantity &#x398;<sub>
<italic>a</italic>
</sub> is the reduced ionization energy,<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x398;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>where <italic>E</italic>
<sub>h</sub> &#x3d; m<sub>
<italic>e</italic>
</sub>
<italic>e</italic>
<sup>4</sup>/<italic>&#x210f;</italic>
<sup>2</sup> &#x3d; 27.211&#xa0;eV is the Hartree energy. The last factor in <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eq. 45</xref> is a function of the dimensionless parameter<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m64">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>In the calculations of ionization of K and L electrons we used the parameterization of the <italic>g</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>(<italic>&#x3be;</italic>) and <italic>h</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>(<italic>&#x3be;</italic>) functions given by Chen and Crasemann&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
<p>For M and outer shells, Chen et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] considered that the effective ionization energy is the one of the &#x201c;united&#x201d; atom (<italic>i.e.</italic>, of the atom with atomic number <italic>z</italic>
<sub>0</sub> &#x2b; <italic>Z</italic>). We have adopted a similar approach, which avoids the need of considering ionization energies of other atomic species. Expressing the ionization energies of the unperturbed states as (screened hydrogenic levels)<disp-formula id="e48a">
<mml:math id="m65">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(48a)</label>
</disp-formula>and noting that the screening constant <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m66">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is nearly the same for neighbouring elements, we can approximate the effective ionization energy in the form<disp-formula id="e48b">
<mml:math id="m67">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(48b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This gives the following ionization-energy shift<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m68">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; Coulomb deflection</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>For projectiles with small speeds, the PWBA, and the equivalent straight-trajectory semi-classical approximation [see, <italic>e.g.</italic>, Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>], and references therein], overestimate the ionization cross sections because they neglect the effect of the Coulomb field of the nucleus on the trajectory of the projectile. In the semi-classical treatment, the energy-loss DCS for a projectile following a classical hyperbolic orbit in the Coulomb potential of the bare target nucleus can be obtained by multiplying the energy-loss DCS, calculated by assuming that the projectile follows a straight trajectory, by a correction factor. This Coulomb-deflection factor was approximated as [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>].<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m69">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m70">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The ionization cross section, including the binding and Coulomb-deflection corrections, is given by<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m71">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We have generated a database of proton-impact ionization cross sections for the K shell and the L, M and N subshells of the elements with <italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1 to 99, by numerical integration of the energy-loss DCS obtained from the longitudinal and transverse GOSs calculated by Bote and Salvat [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> displays these ionization cross sections for electron subshells of the titanium and gold atoms. For comparison purposes, the plots include also values calculated by Chen and Crasemann [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] for the DHFS potential but only with the longitudinal GOS. It is worth mentioning that our database includes relativistic effects in a more consistent way, and it covers the energy range up to 10<sup>11</sup>&#xa0;eV for all elements from hydrogen (<italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1) to einsteinium (<italic>Z</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;99).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Cross sections for ionization of the K, L and M subshells of titanium and gold by impact of protons as functions of the kinetic energy of the projectile. Solid curves represent the values in the <sc>penh</sc> database. Symbols are results from equivalent PWBA calculations by Chen and Crasemann [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>], which also include the binding and Coulomb-deflection corrections.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-733949-g001.tif"/>
</fig>
<p>In the simulation code, the ionization cross sections are multiplied by an energy-dependent factor (deduced from the Sternheimer-Liljequist GOS model) that accounts for the reduction of the cross section caused by the density-effect correction&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Neutron Contribution to the Dose Distribution</title>
<p>The databases presented in the previous Sections for elastic collisions and impact ionization of protons provide realistic models for electromagnetic interactions of protons, and the class II simulation scheme avoids the use of multiple scattering approximations and their associated uncertainties.</p>
<p>As mentioned above, the original <sc>penh</sc> code [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] gave a spatial dose distribution that was nearly correct near the proton beam axis, but the simulated dose was too small far from the beam axis. This was first noted by Verbeek et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] and latter confirmed by the authors through comparison with results from the <sc>fluka</sc> and G<sc>eant4</sc> codes, which include neutron transport. The main cause of this underestimation of the distant dose was attributed to the neglect of neutron transport, and this motivated the inclusion of the present simple approach for neutrons. Preliminary simulations with the parameter <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m72">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> gave depth-dose distributions from pencil beams of protons that were closer to, but slightly exceeded those from G<sc>eant4</sc>. The discrepancy can be readily corrected by using a smaller value of <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m75">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> compares depth-dose distributions of proton beams incident normally on a water phantom with energies of 100 and 200&#xa0;MeV simulated with the <sc>penh</sc> and G<sc>eant4</sc> codes. The red histograms were produced by assuming that neutrons resulting from proton-induced nuclear reactions are absorbed at the reaction site. The blue histograms resulted from assuming that neutrons are transported as described in <xref ref-type="sec" rid="s2-4">Section 2.4</xref> with <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m73">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. It is seen that the transport and absorption of neutrons increases the depth-dose beyond the Bragg peak by nearly a factor of 10, slightly exceeding the depth-dose generated by the G<sc>eant4</sc> code (green histograms). Reducing the value of <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m74">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> to 0.85 and to 0.8 for 100 and 200&#xa0;MeV protons gives depth-dose distributions nearly coincident with those from G<sc>eant4</sc>. The latter are seen to agree closely with the <sc>penh</sc> result, except in the deep fall of the Bragg peak, probably because of differences in the proton transport physics of the two codes. Another relevant effect of neutron transport is a slight decrease of the depth-dose at shallow depths, which is visible in the plot for the 200&#xa0;MeV beam; this effect is expected to increase in importance with the energy of incident protons because of the higher energies of the released neutrons.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Depth-dose functions of 100 and 200&#xa0;MeV proton beams impinging normally on a water phantom. The green histograms are results from the G<sc>eant4</sc> code. Other histograms represent results from <sc>penh</sc> with neutrons absorbed at the reaction site (red), and neutrons transported as explained in <xref ref-type="sec" rid="s2-4">Section 2.4</xref> with the indicated values of <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m79">
<mml:mi mathvariant="monospace">F</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">S</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> (blue and black).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-733949-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Simulation of Proton-Induced X-Ray Emission</title>
<p>As <sc>penh</sc> uses fairly reliable cross sections for proton impact ionization, together with a careful modeling of electromagnetic interactions, it may be used to simulate proton-induced x-ray emission (PIXE) spectra [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. The code describes the relaxation of ionized atoms by means of the <sc>penelope</sc> subroutines, which use transition probabilities from the Evaluated Atomic Data Library of Perkins et&#x20;al. [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] and empirical values of the x-ray energies [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The simulation of PIXE spectra by <sc>penh</sc> is analogous to that of electron induced x-ray emission by the <sc>penelope</sc> code, which has been proved to be effective for quantification in electron-probe microanalysis [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. It is worth noticing that <sc>penh</sc> accounts for both the attenuation and the generation of x-ray fluorescence within the target. It also follows the bremsstrahlung emitted by secondary electrons, which produces a smooth background of in the simulated PIXE spectra. Primary protons also contribute to the background through the emission of atomic bremsstrahlung (see [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] and references therein), however, this mechanism is not accounted for in <sc>penh</sc>. In its present form, our simulation code can be useful to determine the influence of the composition and local geometry of the irradiated target on the line intensities of the emitted x&#x20;rays.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> displays results from two simulations of x-ray spectra emitted from a silver target bombarded with 3&#xa0;MeV protons impinging in a direction at an angle of 45&#xb0; from the target surface. In those simulations neutrons were not followed, and the variance reduction techniques of interaction forcing and emission splitting of bremsstrahlung photons and x rays [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] were applied. The upper plot shows the energy spectrum of all photons that emerge from the target. The continuous background corresponds to bremsstrahlung emitted by secondary electrons. Since the maximum energy of secondary electrons released in inelastic collisions of 3&#xa0;MeV photons is about 6.5 keV, the spectral background ends at this energy. A weak and noisy background component that extends to higher energies in the simulated spectrum (not shown in the upper plot of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>) corresponds to gamma rays released in proton-induced nuclear reactions. The lower plot of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> shows the energy spectrum of photons that emerge in directions forming angles less than 30&#xb0; with the normal to the target, restricted to the energy interval of L lines. The most prominent x-ray lines can be readily identified from their numerical values in the <sc>penelope</sc> database.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>PIXE spectra from a silver plate irradiated with 3&#xa0;MeV protons incident at an angle of 45&#xb0; to the surface. The upper plot is the spectrum obtained by collecting all photons that emerge from the surface. The spectrum in the lower plot is restricted to the energy interval of L x-ray lines; it was recorded by assuming a detector that only collects photons that emerge at angles less the 30&#xb0; from the normal to the target.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-733949-g003.tif"/>
</fig>
<p>Simulated photon spectra correspond to an ideal detector with unit efficiency. They are output in the form of histograms with a fixed bin width, which implies a resolution in energy of the order of the bin width. To get results with an appearance closer to measurement data, the simulated spectrum should be convolved with the response function of the detector [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. Comparison of spectra so obtained with measured spectra may help to identify features not evident from the experimental result.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Concluding Comments</title>
<p>In its present form, the <sc>penh</sc> code provides a consistent description of electromagnetic interactions of electrons, positrons and protons with matter for projectiles with energies up to 1&#xa0;GeV. The use of nuclear data from ENDF-formatted files allows accounting for proton-induced nuclear reactions, and the release of gammas and secondary particles resulting from these interactions, in the energy range covered by available libraries, which usually extends up to about 200&#xa0;MeV. For protons with somewhat higher energies, the code can extrapolate the nuclear data, with the risk of distorting the results.</p>
<p>Since the interaction models implemented in <sc>penh</sc> lose validity at low energies, the code should not be used for electrons, positrons and photons with <italic>E</italic>&#x20;&#x2272; 1&#xa0;keV, and for protons and neutrons with <italic>E</italic>&#x20;&#x3c; 100&#xa0;keV.</p>
<p>The method adopted for tracking neutrons is intended only to correct for the effect of neutron transport on the simulated dose distributions, of interest mostly in proton therapy. Processes where neutrons may have more relevance cannot be dealt with&#x20;<sc>penh</sc>.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s7">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will&#x20;be&#x20;made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author Contributions</title>
<p>All authors listed have made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Funding</title>
<p>Financial support from the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovaci&#xf3;n y Universidades /Agencia Estatal de Investigaci&#xf3;n /European Regional Development Fund, European Union, (projects nos. RTI2018-098117-B-C21 and RTI2018-098117-B-C22) is gratefully aknowledged.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <source>PENELOPE 2018: A Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport</source>. <publisher-loc>Boulogne-Billancourt, France</publisher-loc>: <publisher-name>OECD Nuclear Energy Agency</publisher-name> (<year>2019</year>). <comment>document NEA/MBDAV/R(2019)1</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1787/32da5043-en</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Generic Algorithm for Monte Carlo Simulation of Proton Transport</article-title>. <source>Nucl Instr Methods Phys Res Section B: Beam Interactions Mater Atoms</source> (<year>2013</year>) <volume>316</volume>:<fpage>144</fpage>&#x2013;<lpage>59</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nimb.2013.08.035</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quesada</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Nuclear Effects in Proton Transport and Dose Calculations</article-title>. <source>Nucl Instr Methods Phys Res Section B: Beam Interactions Mater Atoms</source> (<year>2020</year>) <volume>475</volume>:<fpage>49</fpage>&#x2013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nimb.2020.03.017</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koning</surname>
<given-names>AJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Delaroche</surname>
<given-names>JP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Local and Global Nucleon Optical Models from 1 keV to 200 MeV</article-title>. <source>Nucl Phys A</source> (<year>2003</year>) <volume>713</volume>:<fpage>231</fpage>&#x2013;<lpage>310</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0375-9474(02)01321-0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mart&#x306;nez</surname>
<given-names>JD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mayol</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Parellada</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Analytical Dirac-Hartree-Fock-Slater Screening Function for Atoms (Z&#x3d;1-92)</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1987</year>) <volume>36</volume>:<fpage>467</fpage>&#x2013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.36.467</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Trkov</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herman</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>ENDF-6 Formats Manual: Data Formats and Procedures for the Evaluated Nuclear Data Files</article-title>. <comment>Technical Report CSEWG Document ENDF-102</comment>. <publisher-loc>Upton, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Brookhaven National Laboratory</publisher-name> (<year>2018</year>). <comment>Report BNL-90365-2009 Rev. 2</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2172/1425114</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fern&#xe1;ndez-Varea</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Radial: A Fortran Subroutine Package for the Solution of the Radial Schr&#xf6;dinger and Dirac Wave Equations</article-title>. <source>Comput Phys Commun</source> (<year>2019</year>) <volume>240</volume>:<fpage>165</fpage>&#x2013;<lpage>77</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2019.02.011</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Olver</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lozier</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boisvert</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Clark</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <source>NIST Handbook of Mathematical Functions</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2010</year>). <comment>Available from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://dlmf.nist.gov/">http://dlmf.nist.gov/</ext-link>
</comment> (<comment>Accessed December 1, 2021</comment>). </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Coursey</surname>
<given-names>J. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schwab</surname>
<given-names>D. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsai</surname>
<given-names>J. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dragoset</surname>
<given-names>R. A.</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Atomic Weights and Isotopic Compositions with Relative Atomic Masses</source>. <comment>[Dataset]</comment>. <publisher-loc>Gaithersburg, MD</publisher-loc>: <publisher-name>National Institute of Standards and Technology</publisher-name> (<year>2015</year>). <comment>Available from <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.nist.gov/srd/chemistry">www.nist.gov/srd/chemistry</ext-link>
</comment> (<comment>Accessed December 1, 2021</comment>). </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>X-W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>Y-L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Global Optical Model Potential for Alpha Projectile</article-title>. <source>Int J&#x20;Mod Phys E</source> (<year>2015</year>) <volume>24</volume>:<fpage>1550092</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218301315500925</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ferrari</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sala</surname>
<given-names>PR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fass&#xf2;</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ranft</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fluka: a Multi-Particle Transport Code</article-title>. <comment>Technical Report CERN-2005-00X</comment>. <publisher-loc>Geneva</publisher-loc>: <publisher-name>CERN</publisher-name> (<year>2005</year>). <comment>INFN TC 05/11, SLAC-R-773</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2172/877507</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Agostinelli</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allison</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amako</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Apostolakis</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Araujo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arce</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Geant4&#x2014;a Simulation Toolkit</article-title>. <source>Nucl Instrum Meth A</source> (<year>2003</year>) <volume>506</volume>:<fpage>250</fpage>&#x2013;<lpage>303</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0168-9002(03)01368-8</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Allison</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amako</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Apostolakis</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Araujo</surname>
<given-names>HM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arce Dubois</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Asai</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Geant4 Developments and Applications</article-title>. <source>IEEE Trans Nucl Sci</source> (<year>2006</year>) <volume>53</volume>:<fpage>270</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNS.2006.869826</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Allison</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amako</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Apostolakis</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arce</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Asai</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aso</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Recent Developments in Geant4</article-title>. <source>Nucl Instrum Meth A</source> (<year>2016</year>) <volume>835</volume>:<fpage>186</fpage>&#x2013;<lpage>225</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nima.2016.06.125</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fano</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Penetration of Protons, Alpha Particles, and Mesons</article-title>. <source>Annu Rev Nucl Sci</source> (<year>1963</year>) <volume>13</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.ns.13.120163.000245</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Inokuti</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Inelastic Collisions of Fast Charged Particles with Atoms and Molecules-The Bethe Theory Revisited</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>1971</year>) <volume>43</volume>:<fpage>297</fpage>&#x2013;<lpage>347</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/revmodphys.43.297</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bote</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Calculations of Inner-Shell Ionization by Electron Impact with the Distorted-Wave and Plane-Wave Born Approximations</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2008</year>) <volume>77</volume>:<fpage>042701</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.77.042701</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Segui</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dingfelder</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Distorted-wave Calculation of Cross Sections for Inner-Shell Ionization by Electron and Positron Impact</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2003</year>) <volume>67</volume>:<fpage>062710</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.67.062710</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Llovet</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Powell</surname>
<given-names>CJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jablonski</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cross Sections for Inner-Shell Ionization by Electron Impact</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem Reference Data</source> (<year>2014</year>) <volume>43</volume>:<fpage>013102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4832851</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>MH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Crasemann</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mark</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Relativistic Calculation of atomicM-Shell Ionization by Protons</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1983</year>) <volume>27</volume>:<fpage>2358</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.27.2358</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hsiung Chen</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Crasemann</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Relativistic Cross Sections for Atomic K- and L-Shell Ionization by Protons, Calculated from a Dirac-Hartree-Slater Model</article-title>. <source>At Data Nucl Data Tables</source> (<year>1985</year>) <volume>33</volume>:<fpage>217</fpage>&#x2013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0092-640x(85)90002-6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>MH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Crasemann</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Atomic K-, L-, and M-Shell Cross Sections for Ionization by Protons: A Relativistic Hartree-slater Calculation</article-title>. <source>At Data Nucl Data Tables</source> (<year>1989</year>) <volume>41</volume>:<fpage>257</fpage>&#x2013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0092-640x(89)90020-x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Brandt</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lapicki</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>L-shell Coulomb Ionization by Heavy Charged Particles</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1979</year>) <volume>20</volume>:<fpage>465</fpage>&#x2013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.20.465</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Amundsen</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coulomb Deflection Effects in Ion-Induced K-Shell Ionisation</article-title>. <source>J&#x20;Phys B: Mol Phys</source> (<year>1977</year>) <volume>10</volume>:<fpage>2177</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0022-3700/10/11/018</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Verbeek</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wulff</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>B&#xe4;umer</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smyczek</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Timmermann</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brualla</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Single Pencil Beam Benchmark of a Module for Monte Carlo Simulation of Proton Transport in the PENELOPE Code</article-title>. <source>Med Phys</source> (<year>2020</year>) <volume>48</volume>:<fpage>456</fpage>&#x2013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mp.14598</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ishii</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>PIXE and its Applications to Elemental Analysis</article-title>. <source>QuBS</source> (<year>2019</year>) <volume>3</volume>:<fpage>12</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/qubs3020012</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Perkins</surname>
<given-names>ST</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cullen</surname>
<given-names>DE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>MH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hubbell</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rathkopf</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scofield</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tables and Graphs of Atomic Subshell and Relaxation Data Derived from the LLNL Evaluated Atomic Data Library (EADL), <italic>Z</italic>&#x20;&#x3d; 1&#x2013;100</article-title>. <comment>Technical Report UCRL-ID-50400</comment>. <publisher-loc>Livermore, California</publisher-loc>: <publisher-name>Lawrence Livermore National Laboratory</publisher-name> (<year>1991</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Llovet</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salvat</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>PENEPMA: A Monte Carlo Program for the Simulation of X-Ray Emission in Electron Probe Microanalysis</article-title>. <source>Microsc Microanal</source> (<year>2017</year>) <volume>23</volume>:<fpage>634</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s1431927617000526</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ishii</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yamazaki</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matsuyama</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Galster</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Satoh</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Budnar</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Contribution of Atomic Bremsstrahlung in PIXE Spectra and Screening Effect in Atomic Bremsstrahlung</article-title>. <source>X-ray Spectrom</source> (<year>2005</year>) <volume>34</volume>:<fpage>363</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/xrs.838</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>