Geant4の使い方

Geant4は高エネルギー物理学分野で利用されている測定器シミュレーションのツールキットです。

日本ではKEKを中心としたGeant4日本グループが定期的に初心者向け講習会を開催しています。 僕も2009年12月に開催された講習会に参加しましたが、プログラミング超初心者だったので、 自分がわからないこともわからないレベルでかなり苦労（というか挫折）した覚えがあります。

宇宙線測定のアウトリーチ活動を進めるにつれて、簡単でよいので測定器シミュレーションができたらもっと楽しいだろうなと思い、使い方の理解＆整理に再挑戦してみます。 ここでは、Geant4日本グループが公開している初心者講習会資料を参考にしています。

インストール

基本的に自分でビルドしてインストールする必要があります。 spackというスパコン向けのパッケージ管理ツールでのインストールを試してみたので、おまけ程度に載せておきます。

• Geant4のバージョン
• インストールしたい（geant4）
• インストールしたい（spack install geant4）

知っておきたかったこと

• ドキュメントが充実
• 付属サンプルで遊べる（examples）
• クラスリファレンスの使い方
• シミュレーションの流れ
• ジオメトリ作成の流れ
• 可視化ドライバーの選び方
• スコアリングの流れ
• クラスの自作度
• 単位したい（G4SystemOfUnits.hh）
• 物理定数したい（G4PhysicalConstants.hh）
• C++のスタイリングガイド

例題したい

• ビルドしたい（cmake）
• B1したい（examples/basic/B1/）
• B2したい（examples/basic/B2）

マクロしたい

• 起動マクロしたい（setup.mac）
• 描画設定したい（/vis/）
• メニューしたい（/gui/）

実験したい

• マクロしたい
• バッチモードしたい
• 対話モードしたい（G4UImanager）
• ランマネージャー（G4RunManager）
• 測定器を作りたい（G4VUserDetectorConstruction）
• ユーザーアクションしたい（G4VUserActionInitialization）

物質したい

G4NistManager *nistManager = new G4NistManager::Instance();
G4Material *fAir = nistManager->FindOrBuildMaterial("G4_AIR");
G4Material *fWater = nistManager->FindOrBuildMaterial("G4_WATER");

• 材料を調達したい（G4NistManager）
• 錬金術したい（G4Material / G4Element / G4Isotope）
• 空気を作りたい（G4_AIR）
• 水を作りたい（G4_WATER）
• エタノールを作りたい（G4_ETHYL_ALCOHOL）
• アクリルを作りたい（G4_PLEXIGLASS）
• 真空を作りたい（G4_Galactic）
• ホウケイ酸ガラスを作りたい
• 石油を作りたい
• プラスチックシンチレータを作りたい

測定器したい

runManager->SetUserInitialization(new DetectorConstruction());

• 測定器を配置したい（G4PVPlacement）
• 測定器を配置したい（G4PVReplica）
• 実験室を作りたい（World）
• 水タンクを作りたい
• PMTを作りたい
• 電磁カロリメーターしたい
• ホドスコープを作りたい
• 量子効率したい
• 磁場したい（G4UniformMagField）

相互作用したい

• 相互作用したい（G4VModularPhysicsList）
• 相互作用したい（FTFP_BERT）
• Optical Photonしたい（G4OpticalPhysics）

ユーザーアクションしたい

• 粒子したい（/particle/list）
• 入射粒子したい（G4ParticleGun）
• 一次粒子したい（G4VUserPrimaryGeneratorAction）
• ステッピングアクションしたい（G4UserSteppingAction）
• イベントアクションしたい（G4UserEventAction）
• ランアクションしたい（G4UserRunAction）

• G4UserTrackingAction

• G4UserStackingAction

測定したい

• ステップ情報したい（G4Step）
  • 座標をしりたい（GetPosition）
  • 時刻をしりたい（GetLocalTime）
  • 運動量をしりたい（GetMomentum）
  • エネルギーをしりたい（GetTotalEnergy）
  • 速度をしりたい（GetVelocity）
  • 電荷をしりたい（GetCharge）
  • ボリュームをしりたい（GetPhysicalVolume）
  • ステップの状態をしりたい（GetStepStatus）
• トラックしたい（G4Track）
  • トラック番号をしりたい（GetTrackID）
  • ステップをしりたい（GetStep）
  • ステップの長さをしりたい（GetStepLength）
  • 粒子をしりたい
  • 座標をしりたい（GetPosition）
  • 時刻をしりたい（GetLocalTime）
  • 運動量をしりたい（GetMomentum）
  • エネルギーをしりたい（GetTotalEnergy）
  • ボリュームをしりたい（GetVolume）
  • 一次粒子をしりたい（GetVertexPosition）
• イベントしたい（G4Event）
  • イベント番号をしりたい（GetEventID）
  • 一次粒子をしりたい（GetPrimaryVertex）
  • ヒット情報をしりたい（GetHCofThisEvent）
• ランしたい（G4Run）
  • ラン番号をしりたい（GetRunID）
  • イベント数をしりたい（GetNumberOfEvents）
  • イベント一覧がほしい（GetEventVector）
• スコアリングしたい（G4ScoringManager）
  • メッシュしたい（/score/create/）
  • 物理量したい（/score/quantity/）
  • フィルターしたい（/score/filter/）
• Sensitive Detectorしたい（G4VSensitiveDetector）
  • Initialize
  • EndOfEvent
  • ProcessHits
  • 論理ボリュームに割り当てたい（SetSensitiveDetector）
• 多機能検出器したい（G4MultiFunctionalDetector）
  • スコアリングしたい（G4VPrimitiveScorer）
  • フィルターしたい（G4SDParticleFilter）
• ファイル出力したい（G4VAnalysisManager）
  • CSV形式にしたい
  • ROOT形式にしたい
  • AnalysisManagerを使いたくない
• Accumulableしたい（G4Accumulable）

入射粒子したい

• 粒子したい（G4ParticleTable）
  • リファレンス
• ミューオンしたい
  • 宇宙線ミューオンしたい
• geantinoしたい

可視化したい

• 可視化したい（G4VisManager）
• 可視化したい（G4VisAttributes）

リファレンス

• Geant4

• Geant4 Download

• Geant4 Book for Application Developers

• Geant4 Material Database