シンチレータバレル

この例では、48枚の台形パドルをリング状に一周配置した円筒形のシンチレータバレル検出器を構築します。 distribute_on_circle API を使って、円周上に等角度間隔でボリュームを複製する方法を示します。また、隣り合う面がほぼ隙間なく接するように、パドルの寸法を決める方法を説明します。

この例はブラウザ上で実行できます:

クイックスタート

この例を現在のディレクトリにコピーします。ジオメトリを作成して3イベントを実行するには、次のようにします。

cp -r $GEMC_HOME/examples/basic/scintillator_barrel .
cd scintillator_barrel
./scintillator_barrel.py
gemc scintillator_barrel.yaml

ジオメトリ

ジオメトリは scintillator_barrel.py で定義されています。ワールド（root という名前のボックス）には、リング状に配置された48個の同一の paddle ボリュームが含まれています。

各 paddle は G4Trap の一般台形ソリッド（材質は G4_PLASTIC_SC_VINYLTOLUENE）で、幅の広い面が半径方向外側を、幅の狭い面がビーム軸側を向いています。
隣接する外側の面が隙間なく接するように、弦の公式を使ってパドルの寸法を決めます。
- 外側の半幅: pX = (radius + pY) × sin(π/n)
- 内側の半幅: pLTX = (radius − pY) × sin(π/n)
distribute_on_circle(n=48, radius=400 mm, align=True, axis='z') は、各コピーを z 軸まわりに 7.5° の等間隔で配置し、回転させます。

distribute_on_circle の完全な API リファレンスと寸法の計算に用いる幾何学的関係については、構造ヘルパーのドキュメントを参照してください。

インタラクティブビューア（48枚すべてのパドルで構成されるバレル）:

物理リスト

デフォルトでは QBBC が使用され、YAML ファイルで phys_list: QBBC として選択されます。

phys_list

The physics list can be selected using the option
gemc -phys_list <value>
where <value> can be a combination of the Geant4 physics constructors separated by the + sign. For example
gemc -phys_list="FTFP_BERT + G4NeutronCrossSectionXS"
To see a list of the available Geant4 constructors:
gemc -showPhysics

ジェネレータ

粒子の運動学的条件は YAML ファイルで定義されます。

gparticle:
  - name: proton
    p: 500*MeV
    theta: 90*deg
    delta_phi: 360*deg
    multiplicity: 3

詳細については、内部ジェネレータのドキュメントも参照してください。

デジタイゼーション

各 paddle には、一意のパドル識別子とともに flux デジタイゼーションが割り当てられます。

paddle.digitization = "flux"
# ...
v.set_identifier("paddle", i)

詳細については、フラックスのドキュメントを参照してください。

`distribute_on_circle` API

GVolume の distribute_on_circle メソッドは、指定した半径 radius の円周上にテンプレートボリュームを n 個複製します。align=True の場合、各コピーはさらに、選択した軸のまわりにその角度位置 φᵢ だけ回転し、各パドルのローカル座標系が半径方向に揃います。

for i, v in enumerate(paddle.distribute_on_circle(n, radius, align=True, axis='z')):
    v.set_identifier("paddle", i)
    v.publish(cfg)

このメソッドは、角度ステップごとに1つずつ、独立した GVolume コピーのリストを返します。各コピーは <name>_i という名前で、(radius·cos φᵢ, radius·sin φᵢ, 0) に配置されます。完全な API リファレンスは構造ヘルパーのドキュメントにあります。

使い方

検出器の構築

検出器を構築するには Python スクリプト scintillator_barrel.py を使用します。デフォルトでは、構成は gemc.db という名前の SQLite ファイルに保存されます。コマンドラインオプションでデータベースの種類、バリエーション、ラン番号を指定できます。

詳細については、ジオメトリの構築も参照してください。

GEMC の実行

scintillator_barrel.yaml ファイルを使ってシミュレーションを実行します。インタラクティブに実行するには、 -gui を追加します。

gemc scintillator_barrel.yaml -gui

必要に応じて scintillator_barrel.yaml を変更してください。特に、イベント数の変更、スレッド数の増加、出力形式の選択などを行えます。

イベントの実行

以下のビューは、θ = 90° で半径方向外側に3個の陽子を発射した1イベント後のバレルを、ビーム軸方向から見たものです。各陽子はシンチレータパドルを1枚ずつ通過します。

Scintillator barrel viewed end-on along the beam axis. Three protons at θ = 90° travel radially outward, each depositing energy in one paddle.

出力

gstreamer オプションで出力ファイル名と形式を選択します。

gstreamer:
  - format: csv
    filename: barrel

詳細については、出力のドキュメントも参照してください。

GEMC Analyzer によるプロット

まず1,000イベントで GEMC を実行します。デフォルトの YAML ファイルはアナライザ用の CSV ストリームを書き出します。

gemc scintillator_barrel.yaml -n=1000

ヒットごとの総エネルギー付与量をプロットします。

gemc-analyzer barrel_t0_digitized.csv totEdep --kind csv

scintillator_barrel のヒットごとの総エネルギー付与量

粒子トラックの真のエネルギーをプロットします。

gemc-analyzer barrel_t0_true_info.csv E --kind csv --data true_info

scintillator_barrel の粒子トラックの真のエネルギー