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JAEA-Data/Code
2014-027
PHITSシミュレーション結果の4次元可視化・解析ツールの開発
Development of Software Tools for 4-D Visualization
and Quantitative Analysis of PHITS Simulation Results
古髙和禎
Kazuyoshi FURUTAKA
原子力科学研究部門
原子力基礎工学研究センター
核工学・炉工学ユニット
Nuclear Data and Reactor Engineering Unit
Nuclear Science and Engineering Center
Sector of Nuclear Science Research
February 2015
Japan Atomic Energy Agency
日本原子力研究開発機構
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JAEA-Data/Code 2014-027
PHITS シミュレーション結果の
4 次元可視化・解析ツールの開発
日本原子力研究開発機構原子力科学研究部門原子力基礎工学研究センター
核工学・炉工学ユニット
古髙
和禎
(2014 年 12 月 11 日
受理)
放射線輸送シミュレーション・コード PHITS により得られた結果を 4 次元(3 次元空間+時間)
可視化することにより、シミュレーション結果の定量的理解を容易にし、それを用いた装置開
発を促進するため、ソフトウェア・ツールを開発した。実用に堪えるツールを可能な限り早く
使用に供するために、使用可能な既存のソフトウェアを最大限活用することにし、可視化には
ParaView を、解析には ROOT を用いることにした。そして、PHITS によるシミュレーショ
ン結果を ParaView で可視化することができるようにするために、データ形式の変換ツール及
び可視化を簡単化するツール(angel2vtk, DispDCAS1, CamPos)を作成した。一方、dieaway
プロットの解析のために、ROOT を利用したソフトウェア diana を作成した。
原子力科学研究所: 〒319-1195 茨城県那珂郡東海村白方白根 2-4
JAEA-Data/Code 2014-027
Development of Software Tools for 4-D Visualization and
Quantitative Analysis of PHITS Simulation Results
Kazuyoshi FURUTAKA
Nuclear Data and Reactor Engineering Unit, Nuclear Science and Engineering Center,
Sector of Nuclear Science Research,
Japan Atomic Energy Agency
Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken
(Received December 11, 2014)
A suite of software tools has been developed to facilitate the development of apparatus
using a radiation transport simulation code PHITS by enabling 4D visualization (3D space
and time) and quantitative analysis of so-called dieaway plots.
To deliver useable tools as
soon as possible, the existing software was utilized as much as possible; ParaView will be
used for the 4D visualization of the results, whereas the analyses of dieaway plots will be
done with ROOT toolkit with a tool named “diana”.
To enable 4D visualization using
ParaView, a group of tools (angel2vtk, DispDCAS1, CamPos) has been developed for the
conversion of the data format to the one which can be read from ParaView and to ease the
visualization.
Keywords: Radiation Transport, PHITS, 4D Visualization, Dieaway-plot Analysis
ii
JAEA-Data/Code 2014-027
目次
1. 序論 ........................................................................................................................................ 1
2. ソフトウェア・ツールの開発方針と構成 .............................................................................. 5
2.1
開発の要件と方針 ........................................................................................................... 5
2.2
プログラム群の構成と処理の流れ .................................................................................. 7
3. 各プログラムの仕様・使用法 .............................................................................................. 10
3.1
angel2vtk ..................................................................................................................... 10
3.1.1
概要 ........................................................................................................................ 10
3.1.2
仕様 ........................................................................................................................ 10
3.1.3
必要要件 ................................................................................................................. 10
3.1.4
使用法 .................................................................................................................... 11
3.2
DispDCAS1 .................................................................................................................. 14
3.2.1
概要 ........................................................................................................................ 14
3.2.2
仕様 ........................................................................................................................ 14
3.2.3
使用法 .................................................................................................................... 17
3.3
CamPos ........................................................................................................................ 18
3.3.1
概要 ........................................................................................................................ 18
3.3.2
使用法 .................................................................................................................... 18
3.4
diana ............................................................................................................................ 20
3.4.1
概要 ........................................................................................................................ 20
3.4.2
仕様 ........................................................................................................................ 20
3.4.3
使用法 .................................................................................................................... 21
3.4.4
解析結果の表示について ....................................................................................... 27
3.4.5
パラメータ出力 ...................................................................................................... 29
3.4.6
“all”解析の中身 ...................................................................................................... 30
4.
まとめ ................................................................................................................................ 31
謝
辞 ....................................................................................................................................... 31
参考文献 ................................................................................................................................... 32
iii
JAEA-Data/Code 2014-027
Contents
1. Introduction ........................................................................................................................... 1
2. The policy on the development and the structure of the tools ............................................ 5
2.1 Requirement of the program and the resolution ........................................................... 5
2.2 The structure of the tools and the flow of the data processing ..................................... 7
3. The feature and usage of the programs ............................................................................. 10
3.1 angel2vtk ........................................................................................................................ 10
3.1.1 Outline ..................................................................................................................... 10
3.1.2 Feature .................................................................................................................... 10
3.1.3 Requirements .......................................................................................................... 10
3.1.4 Usage ....................................................................................................................... 11
3.2 DispDCAS1 .................................................................................................................... 14
3.2.1 Outline ..................................................................................................................... 14
3.2.2 Feature .................................................................................................................... 14
3.2.3 Usage ....................................................................................................................... 17
3.3 CamPos ........................................................................................................................... 18
3.3.1 Outline ..................................................................................................................... 18
3.3.2 Usage ....................................................................................................................... 18
3.4 diana ............................................................................................................................... 20
3.4.1 Outline ..................................................................................................................... 20
3.4.2 Feature .................................................................................................................... 20
3.4.3 Usage ....................................................................................................................... 21
3.4.4 Display of the results .............................................................................................. 27
3.4.5 Parameter outputs .................................................................................................. 29
3.4.6 Internals of ‘all’ analysis ........................................................................................ 30
4. Summary .............................................................................................................................. 31
Acknowledgment ..................................................................................................................... 31
References ................................................................................................................................ 32
iv
JAEA-Data/Code 2014-027
1. 序論
2011 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震に伴う、東京電力福島第一原子力発電所
事故により破壊された原子炉の撤収・廃炉作業は、日本国民のみならず、全世界の人々の重大
な関心事となっている。なかでも、使用済み核燃料や、核燃料瓦礫の取り扱い方法及び計量方
法は、国民生活の安全のみならず、核物質管理・保障措置の面でも多大な関心・懸念を集めて
いる。このような状況のもと、原子力センシング研究グループでは、核燃料・核物質の計量管
理の一助とするために、高速中性子問いかけ法(Fast Neutron Direct Interrogation (FNDI)
method)1)を用いた核燃料集合体や核燃料瓦礫の収納缶計量装置の、シミュレーションによる設
計開発を進めている。
この手法は、中性子発生器を用いて発生した高速中性子を核燃料などに照射し、そこから放
出される中性子を検出器で測定し、検出された中性子の量の時間変化を観察することにより、
核燃料などの中に含まれる核分裂性核種の量を定量するものである。この手法は、測定対象の
物体の隅々まで中性子を行き渡らせ、誘発されて発生する中性子を効率よく検出することによ
り、測定対象の物体に含まれる核物質の総量をできうる限り正確に定量する事が肝要である。
従って、この装置の開発は、装置内部、特に測定対象物の各所に中性子が行き渡っているのか
否かを確認するとともに、中性子検出器内での中性子束密度の時間変化を定量的に把握し、核
分裂性物質の量を正確に決定しうるのか否かを知った上で、装置の構成物質の大きさなどを最
適化する必要がある。
そのためには、シミュレーションにより得られた値を簡便に可視化し、また、中性子の量の
時間変化を効率的に且つ精度よく決定できるか否かを判断し、装置の形状及び構成物質の改良
へとフィードバックをかけていかなくてはならない。
この装置の開発には主に、日本原子力研究開発機構原子力基礎工学研究センターで開発され
た放射線輸送コード PHITS2)(Particle and Heavy Ion Transport code System)を用いる。
PHITS は、シミュレーションにより得られたデータを、2 次元描画プログラム ANGEL に直接
入力することが可能な、ANGEL 制御コマンドと、データ自身が列挙された形式で出力する。
シミュレーションの最終段階で、ANGEL を起動して結果を図化して保存することも可能で、
得られた結果を簡単に可視化することができる。しかし、3 次元物体若しくは空間中でのシミ
ュレーションの結果は、ある面への空間全体に対する量の射影若しくはある平行面で挟まれた
「輪切り」毎に出力することしかできないため、3 次元空間全体に対するシミュレーション結
果を定量的に把握し易いとは言いがたい。例えば、3 次元空間を“xyz”メッシュに区切り、更
に、物理量の時間推移も観察する場合を考える。この場合、ある軸を選び、それと垂直な断面(輪
切り)毎にデータが出力・図化される。その例が図 1 で、これは、ある輪切り位置での内部の
中性子密度の時間推移を示したものである。シミュレーション結果は、これらのような図群が、
すべての輪切りに対してそれぞれ与えられる。これらの図は、ある輪切り内の中性子密度の時
間推移を把握するには便利であるが、他方、ある特定時間における空間全体での中性子密度の
分布を把握する事は困難である。そのためには、図 2 に示したように、ある時間におけるすべ
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ての輪切りに対するデータを抜き出して再構築し、図 3 に示したような 3 次元可視化を行う必
要がある(プログラム SimpleGeo3)とそのプラグインを使えば、これに類似する可視化を行うこ
とが可能である。しかし、時間推移も含めて可視化することはできない)。最も望ましいのは、
図 3 のような可視化で更にその時間推移が容易に観察できること、即ち、空間 3+時間 1 次元
の、4 次元の可視化である。これができるようになれば、シミュレーション結果の把握を容易
に行うことができて、開発する装置の改良へのフィードバックを短時間に行うことができる。
図 1 PHITS のシミュレーションにより得られた出力ファイルを ANGEL に入力して得られる
図の例(1)
シミュレーションにより得られた中性子束の値の大小を色で表現したもので、この例では、３
次元の物体を「xyz メッシュ」に切り、xy 平面に平行な(z 軸に垂直な)平面で‘輪切り’にして、
出力している。この図は、ある特定の’輪切り’の中性子密度の時間経過を取り出して並べて表
示したものである(時間の経過に従って、最上段左から右へ、次いで次の段左から右へ、…と並
べてある)。この結果出力からは、ある特定の‘輪切り’の中性子密度の時間推移を理解するには
適しているが、‘輪切り’間の比較は難しい。
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そこで、PHITS のシミュレーション結果を簡便に 4 次元で可視化し、また、シミュレーシ
ョンの結果得られた中性子検出器内部での核反応率を定量的に解析し、設計中の装置の体系の
構成を容易に吟味・改善できるようにするためのソフトウェア・ツールを開発することにした。
本稿では、このソフトウェア・ツール全体の構成、並びに各々のプログラムの仕様及び使用法
について解説する。
第 2 章では、開発すべきソフトウェアの要件と方針、それらによって実現する処理の流れ、
について記す。
第 3 章では、開発した個々のツールの仕様・使用法について述べる。
第 4 章では、本ツール開発についてまとめる。
図 2 PHITS のシミュレーションにより得られた出力ファイルを ANGEL に入力して得られる
図の例(2)
図 1 と同一のシミュレーションの結果で、「xyz メッシュ」の xy 平面に平行な‘輪切り’に対
して中性子密度を表示したものであるが、図 1 は、ある特定の‘輪切り’のみの時間推移を抜き
出したものであるのに対し、この図は、ANGEL からの出力の内、ある特定の時刻に対する出
力を、すべての‘輪切り’に対して抜き出して並べたものである。左列上から下に、最上部から
4 つの輪切り、中列上から下に次の 4 つ分の輪切り、右列上から下に最下部 3 つ分の輪切り、
に対応する。
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図 3 シミュレーション結果の望ましい表示方法の例
図 1 及び図 2 と同じシミュレーションの結果を、Volume Rendering によって、シミュレー
ションに入力した体系と一緒に表示したもの。このような結果表示を行い、かつ時間の経過と
ともにアニメーションなどにより連続して表示することができれば、シミュレーション結果の
傾向把握を容易に行うことができる。
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2. ソフトウェア・ツールの開発方針と構成
2.1
開発の要件と方針
前節で述べた通り、本件で扱う装置開発に必要なのは、以下の 2 つの機能を果たすソフトウ
ェア・ツールである。
・装置全体における中性子密度の時間変化を容易に把握できるようにするために、PHITS の
シミュレーションで得られた結果を、4 次元(空間 3 次元+時間 1 次元)で定量的に可視化す
る。
・装置内に置かれた検出器で最終的に検出される中性子の数の時間推移、dieaway プロット
を定量的に解析し、その装置を用いて、対象物質中に含まれる核分裂性物質から放出され
る中性子の量が十分得られ、核分裂性物質の量を十分な精度で決定できるかを、簡便かつ
定量的に把握する。
これらを実現するソフトウェア・ツールは、でき得る限り早く、実用に堪える完成品として
提供できなくてはならない。福島第一原子力発電所での燃料瓦礫等の取り出し時期は既に決ま
っており、それより前に装置の設計・製作及び試験を完了させねばならないためである。(これ
らソフトウェア・ツールの開発を開始する時点で、PHITS を用いたシミュレーションによる設
計開発は既に開始されており、本ソフトウェア・ツールは、それに後追いで追い付く必要があ
った。)
そこで、本ソフトウェア・ツールの開発は、以下の方針のもとで行なった。
・既存のソフトウェアを最大限に活用し、短時間で実用に堪える完成品を作ること
・マルチ・プラットフォームで使用できるようにすること
・巨大データの可視化も可能であるようにすること
・簡便に用いることができるようにするために、Graphical User-Interface (GUI)を用い、
ドラッグ&ドロップ操作を活用すること。
この方針に従い、車輪を再発明すること無く、足りない部品のみを短時間で開発し提供する
ことにした。
マルチ・プラットフォームの要請は、PHITS 自身が、Windows や Linux・Unix 等様々な
オペレーティング・システム環境で利用されていること及び、本ツールが使用される事になる
環境も多様であるためによるものである。
開発する装置は複雑な幾何体系で構成され、それを数多くの体系に対してシミュレーション
するため、大型計算機などを利用した計算も必須である。また、シミュレーションの結果得ら
れるデータも膨大なものになる。従って、それを可視化・解析する際も、巨大データを容易に
扱えるよう、分散処理・並列処理などができるものを利用することにした。
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以上を考慮した結果、次に述べるような可視化・解析の方法を取ることに決めた。
4 次元可視化は、ParaView4)を用いて行う。可視化の実現のために、PHITS の出力を

ParaView で読み込むことができるファイル形式の一つである、VTK5)形式に変換する。

Dieaway プロットの定量的な解析には、ROOT6)ツール・キットを用いる。

プログラム開発には、スクリプト言語の一つである、Python7)を用いる。
理由は、以下の通りである。
ParaView：
・
3 次元可視化の分野で定評のある VTK を用いており(実際のところ、ParaView の開発
者が VTK の開発も行なっている)、VTK は、今回開発するソフトウェア・ツールに望
ましい可視化の方法を多く備えている。
・
既に、時系列データを簡便に表示する機能を有する。
・
Python 言語を用いたマクロを使うことができる。
・
マルチ・プラットフォームの GUI ツール・キットである Qt8)を使っており、その Python
binding の一つである PyQt9)により、GUI を用いたマクロを作成することが可能であ
る。
・
成書があるなど、情報源が豊富である。
・
活発に開発が行われている。
・
大規模データを可視化する際には、並列分散処理を行うことができる。
・
Windows を含め、多くの OS 環境で動作する。
上記の特長の多くは、他のソフトウェアの幾つか(例えば、VisIt10))にも満たされているが、
最終的には、情報源の多さと、VTK の開発者が ParaView も開発しているという点を考慮し、
ParaView を選んだ。
ROOT:
・ 1 次元・2 次元・3 次元データの図化をするためのツールが揃っている。
・関数フィッティングのためのツールが揃っている。
・マルチ・プラットフォームである。
・ Python, Ruby11)等のスクリプト言語からも操作ができる。
・開発が活発で、ユーザーも多く、メイリング・リストや BBS フォーラム等での情報も多
い。
・ PHITS の出力データから、ROOT が解する事ができるデータ形式に変換するためのプロ
グラム類が公開され、利用できる。
Python:
・ PHITS の出力ファイルはテキスト・ファイルで、その処理には文字列処理を多用する必要
があるが、この言語は文字列処理も得意である。
--
JAEA-Data/Code 2014-027
・迅速な開発が求められるので、ソース・コード記述→コンパイル→リンク→実行という手
順を取るよりも、スクリプト言語を用いて、ソース・コードの記述後、直ぐに実行できる
方が望ましい。
・豊富な標準ライブラリを備えるとともに、多種多様な外部ツール・キットを操作すること
ができることが望まれる。この点、Python は、ROOT、ParaView、Qt のいずれにも、バ
インディングが存在しているので、操作・処理を行うことができる。
・スクリプト言語であっても、数値データの処理が苦手でないことが望まれる。Python に
は、NumPy12), SciPy13)という数値計算等のための外部ライブラリが開発されており、OSS
として利用に供されている。
2.2
プログラム群の構成と処理の流れ
そこで、PHITS の出力データを ParaView を用いて 4 次元可視化するとともに、ROOT を
使って dieaway プロットを定量的に解析するために、以下の機能を持つプログラムを開発した。
・ PHITS の出力ファイル(ANGEL プログラムへの入力ファイルの形式)を、ParaView で読
み込むことができる VTK 形式に変換するプログラム、angel2vtk
・ ParaView で上記のデータを容易に適切な形式で可視化するためのマクロ、DispDCAS1

ParaView 可視化の視点を容易に変えるためのマクロ、CamPos
・ PHITS の出力ファイルを、ROOT のライブラリを用いて定量的に解析するためのプログ
ラム、diana
処理の流れと各ツールの役割を、図 4 に示す。
ファイル形式の変換については、ESS の Konstantin Batkov が開発し公開している
mc-tools14)というツール群の中に、PHITS の ANGEL 形式の出力ファイルを ROOT のヒスト
グラム形式に変換し ROOT 形式ファイルに保存する、angel2root.py という Python プログラ
ムが含まれている。そこで、これを利用して、PHITS の出力する数値データと ANGEL コマ
ンドの入り混じった ANGEL 入力ファイルから、数値データを抜き出し ROOT のヒストグラ
ム(1 次元及び 2 次元)形式に保存し、必要な処理を施すことにした。
--
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が出力するAngel形式の.outファイル
T-Product (1D)
T-Track (4D)
mc-tools
形式に変換
Angel2vtkを用いて、
ParaViewで読み込める
データ形式に変換
(透過的にangel2root.pyを用いて
.root形式の中間ファイルを経て、
.pvd 及び .vti ファイルを生成)
PyEVTK
を用いた可視化
ROOTをベースにした、
Diana用いた簡易定量解析
DispDCAS1を用いた表示の自動化と
CamPosを用いた視点の変更
図 4 本プログラム群を用いたシミュレーション結果の 4 次元可視化と解析の流れ
T-Track タリーによる中性子密度の 4 次元可視化は、angel2vtk プログラムを用いて
(angel2root.py を透過的に起動して、中間ファイルとして ROOT ファイルに変換し)VTK 形式
に変換した後、ParaView のマクロ、DispDCAS1 及び CamPos を用いて簡便に可視化する。
Dieaway プロットは、diana プログラムを用いて(同じく透過的に angel2root.py を用いて
ROOT ファイルに変換した上で)定量的な解析を行う。
1 次元データである dieaway プロットの解析に関しては、angel2root.py を用いて変換した
データを、ROOT に含まれるパーツを用いて解析を行うプログラムを作成すれば良い。
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装置中での中性子密度の 4 次元可視化をするためには、angel2root.py を用いて 2 次元ヒス
トグラムに変換した後、その 2 次元ヒストグラム中のデータを使って、すべての時刻に対して、
その時刻の 3 次元空間全体の中性子密度データを再構築しなければならない。そして、それを、
VTK 形式に変換して保存する必要がある。ParaView では、特定の書式でファイル名を記述さ
れていれば、複数のデータ・ファイルを時系列データとして扱う事ができるので、各時間での
3 次元データを再構築して適切な名前のデータ・ファイルに VTK 形式でデータを保存すれば良
い。また、Python の外部ライブラリには、既に複数の VTK 形式ファイルの入出力ライブラリ
が有志により公開されている。従って、それらのうちの一つを利用した。
VTK 形式のデータ・ファイルに変換した後は、ParaView に読み込ませて表示するだけであ
る。しかしながら、ParaView は、汎用の可視化プログラムであるので、多種多様な方法での
可視化が可能である。従って、読み込ませたデータを、望ましい表示形式で表示するためには、
何ステップにも及ぶ操作が必要となる。更に、ParaView では、視点(「カメラ」の位置)の変更
には、可視化対象をマウスでドラッグして回転させるか、Roll, Elevation, Azimuth の変更な
どにより視点を変更する必要があり、例えば空間の Z 軸を回転軸とした視点の回転や天頂角の
変更などの操作が簡単にはできない。そこで、数クリックでデータ・ファイルの読み込みから、
適当な可視化までを一括して行うマクロを準備するとともに、ボタン操作で視点の回転などを
行うマクロを作り、可視化の簡便化を図った。
次章において、各プログラム及びマクロの仕様ならびに使用法について記す。
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3. 各プログラムの仕様・使用法
3.1
angel2vtk
3.1.1
概要
均等メッシュに対する PHITS の[T-TRACK]タリーの出力 (.out)を、VTK 形式の image data
ファイルに変換するための Python スクリプトである。
各時間ステップに対する注目する空間全体の 3 次元データを再構成・変換して、VTK の
image data 形式(拡張子.vti)で保存するとともに、それらを一連の time series データとして
扱うのに必要なヘッダー・ファイル(拡張子.pvd)を作成する。
3.1.2
仕様
•
CUI でも、GUI でも、動作する。
•
変換によりできるファイルは、入力ファイルと同じ場所に、拡張子を付け替えた名前で保
存される。例えば、foobar.out というファイルからは、foobar.pvd や foobar???.vti とい
うファイルが生成される。ここで、”???”は、時間経過の順番を示す連番の整数で、桁数は、
時間ステップの数により変わる。
•
個々の入力ファイルに対して、ディレクトリ(フォルダ)を作り、その中に出力ファイルを
保存することも可能である。ディレクトリ(フォルダ)名は、入力ファイルと同じ階層に、
入力ファイル名からドットを含めた拡張子を取り除いたものとなる。
•
中間ファイルとして、ROOT のファイルを生成する。変換の終了後、中間ファイルを自動
的に削除させることも可能である。
•
[T-TRACK]以外のタリー及び、均等メッシュ (image data) でない場合には、未対応であ
る。
3.1.3
必要要件
•
Python 実行環境 (Python 3.x での動作は未確認)
•
Python setuptools15) (このプログラムをインストールするために必要。但し、windows
用にはインストーラを提供しており、setuptools を使用しないことも可能)
•
PyQt (Ver.4.x) (GUI を構築するため。)
•
mc-tools (PHITS/ANGEL → ROOT の変換を行うために必要)
•
ROOT (但し、Python から操作することができる、即ち、PyROOT16)が使えるもの)
- 10 -
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•
PyEVTK17) (Python で VTK 形式のデータ・ファイルを入出力するための第 3 者ライブラ
リの一つ。)
•
NumPy (Python での数値計算に用いる第 3 者ライブラリ。PyEVTK で使われているため
に必要)
3.1.4
使用法
3.1.4.1
CUI
angel2vtk プログラムを CUI で起動するには、コマンド行引数に一つ以上の入力ファイ
ル(PHITS *.out ファイル)を指定して起動する。 -h 又は --help オプションを指定するこ
とで、簡単なヘルプを見ることができる。
$ angel2vtk
usage: angel2vtk [-h] [-d] [-r] outFile [outFile ...]
angel2vtk: error: too few arguments
$ angel2vtk -h
usage: angel2vtk [-h] [-d] [-r] outFile [outFile ...]
Convert PHITS(.out) file(s) to VTK file(s)
positional arguments:
outFile
input PHITS(.out) file
optional arguments:
-h, --help
show this help message and exit
-d, --dig-folder
dig a folder in which files are stored
-r, --remove-root
remove intermediate ROOT file
With -d, the folder name will be the same as the basename of the input.
3.1.4.2
GUI
angel2vtk プログラムを GUI で起動するには、以下の方法がある。
•
(windows の場合)スタート・メニューから angel2vtk を選択する。
•
(windows の場合)デスクトップにあるアイコンをダブル・クリックする。
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•
(windows の場合)デスクトップにあるアイコンに、変換したい PHITS 出力ファイル(拡張
子.out)のアイコンを 1 つ以上ドラッグ&ドロップする。
•
コマンド行から、angel2vtk.pyw を起動する(CUI の場合と同様のオプション引数及び入
力ファイル名を指定することができる)。
図 5
1 つのファイルを変換中の angel2vtk の GUI window
3.1.4.2.1 ファイルの指定
GUI で動作する angel2vtk プログラムで、入力ファイル(即ち、VTK ファイルに変換した
い PHITS/Angel 出力ファイル)を指定するには、以下の方法がある。
•
コマンド行から、angel2vtk.pyw を起動する(CUI の場合と同様のオプション引数及び入
力ファイル名を指定することができる)。
•
(windows の場合)デスクトップにあるアイコンに、変換したい PHITS 出力ファイル(拡張
子 .out)のアイコンを 1 つ以上ドラッグ&ドロップする。
•
起動済みの angel2vtk(.pyw) プログラムの "File→Open/Select files"メニュー項目を選
択し、ファイル選択ダイアログからファイルを指定する(複数可。複数のファイルを選択
する方法は、その OS の標準的な方法に従う)。
•
起動済みの angel2vtk(.pyw) プログラムの "File List:"のスペースで「右クリック」し
て"Open/Select files"を選択して開くファイル選択ダイアログからファイルを指定する
(複数可。複数のファイルを選択する方法は、その OS の標準的な方法に従う)。
- 12 -
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•
起動済みの angel2vtk(.pyw) プログラムの "File List:"のスペースに、変換したいファイ
ルのアイコンをドラッグ&ドロップする。
いずれの場合も、後から別のファイルを追加することができる(但し、同じパスを持ったフ
ァイルを追加することはできない)。
また、"File→Clear file list"メニュー項目を選択する、又は、"Clear file list"ボタンを押す
ことにより、"File List:"にリストされたファイルを、一括・全消去することができるが、個々
のファイルを個別に削除することはできない。
3.1.4.2.2 オプションの選択
新たにフォルダを作り、変換したファイルをその中に納める場合には、‘Dig folders’チェッ
ク・ボックスにチェックを入れる。
VTK 形式のファイルに変換し終えた後、中間ファイルとして作られた ROOT ファイルを削
除する場合は、‘Remove ROOT files’チェック・ボックスにチェックを入れる。
これらのオプションの設定は、保存され、次回プログラムを起動した際には、同様の設定が
初期状態として選ばれる。
3.1.4.2.3
ファイルの変換
"File→Run/Convert"メニュー項目を選択するか、"Run/Convert"ボタンを押すことにより、
ファイルの変換が始まる。図 5 は、1 つのファイルを変換している最中の GUI ウィンドウを
示す。
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JAEA-Data/Code 2014-027
3.2
3.2.1
DispDCAS1
概要
VTK 形式のデータ・ファイルに収められた 3 次元(.vti ファイル)又は 4 次元(.pvd ファイル
と、それにより指定される.vti ファイル)データを簡単な操作で表示するための、ParaView マ
クロである。
VRML 形式でファイルに収められたシミュレーション体系を同時に表示することもできる。
VRML 形式で記述された、シミュレーション体系を記述するファイルは、SimpleGeo を利
用するなどして、使用者自身で作成する必要がある。
PyQt (ver.4.x)を用いて書かれているので、PyQt4 が必要である。
3.2.2
仕様
・ VTK 形式のデータ・ファイルは、image data(拡張子.vti)又は拡張子.pvd のヘッダー・
ファイルのみを読み込むことが可能である。
・ 2 つの可視化方法が可能である。

SliceXYZ

X,Y,Z 軸方向に各 1 つの断面を作り、数値を色表示する。VRML は、VRML
ファイル中で指定されている色で、透過表示される。

MultiSlice(ディフォルト)

X,Y,Z 軸方向に好きな数だけ好きな場所に断面を作り、数値を色表示する事が
可能である。VRML は、各断面上で単色で表示される。
図 6 マクロ‘DispDCAS1’を起動して表示されるダイアログ
Data ファイルへのパス名及び VRML ファイルへのパス名を記入すべき欄には、直接入力する
ことも可能であり、表示したいデータの入ったファイルのアイコンをドロップして指定するこ
とも可能である。また、‘file…’ボタンを押すことで表示されるファイル選択ダイアログを用い
て希望するファイルを指定することも可能である。
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図 7 DispDCAS1 で表示方法‘SliceXYZ’を用いて表示した PHITS シミュレーション体系
(VRML)と結果の例
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図 8 DispDCAS1 で表示方法‘MultiSlice’を用いて表示した PHITS シミュレーション体系
(VRML)と結果の例
図の上及び左右に表示された X, Y, 及び Z 軸上でダブルクリックすることにより、任意の場所
に好きなだけ断面を設けることができる。また、それぞれの断面に対応する楔記号(◀など)をド
ラッグすることにより、断面を移動させることができる。
- 16 -
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3.2.3
1.
使用法
Macros メニューから当該スクリプト名を選択するか、Macros ツールバーに表示されてい
る当該スクリプト名をクリックすることにより、スクリプトを起動する。
2.
表示されたダイアログ(図 6 参照)に、Data ファイル(必要であれば VRML ファイル)への
パスを記入する。ファイルを指定するには、
–
ファイルの全パスを手書き(又はペーストなど)で記入する。
–
"file..."ボタンを押すことにより表示されるファイル選択ダイアログでファイルを
指定する。
–
ファイルのアイコンをドラッグ&ドロップすることにより、そのファイルの全パス
を指定する。
の 3 通りの方法がある。
3.
"Disp.Style"で、表示形式を選び、"OK"ボタンを押す。(Data ファイルの指定欄が空欄の
場合は、"OK"ボタンを押すことができない。)
図 7 及び図 8 に、それぞれ‘SliceXYZ’及び‘MultiSlice’を選択した場合の表示の例を示す。
- 17 -
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3.3
CamPos
3.3.1
概要
ParaView の視点(カメラ位置)を、
•
VTK の意味での、‘Azimuth()’及び‘Elevation()’ (vtkCamera クラスのメソッド)方向に
回転、又は
•
Z 軸回りに回転
する GUI を提供する為のマクロである。
PyQt (ver.4.x)を用いて書かれているので、ParaView の他に PyQt4 が必要である。
3.3.2
1.
使用法
Macros メニューから当該スクリプト名を選択するか、Macros ツールバーに表示されて
いる当該スクリプト名をクリックすることにより、スクリプトを起動する。
2.
表示されたダイアログ(図 9 参照)の矢印の一つをクリックする事により、矢印の方向にカ
メラを回転させる。
回転の方向については、矢印の方向に、(座標軸ではなく)カメラを動かす。
回転の意味は、以下の通りである。
外側の横向き矢印
‘Azimuth()’を用いたカメラ位置の回転、すなわち、カメラ焦点位置に(カメラの上方を指
す)view-up ベクトルがあるとした場合の、それを軸としたカメラ位置の回転を行う。
内側の横向き矢印
カメラ位置の Z 軸回りの回転を行う。
上下向き矢印
‘Elevation()’を用いたカメラ位置の回転、すなわち、カメラの焦点位置からカメラ位置を
指す射影方向ベクトルと、view-up ベクトルとのベクトル積を回転軸とした回転を行う。
- 18 -
JAEA-Data/Code 2014-027
図 9 CamPos を起動して表示されるダイアログ
上下を向いた三角形のついたボタンは、天頂角を変更するためのものである。左右を向いた三
角形のついたボタンは、外側のものが焦点位置にある view-up ベクトルを軸とした回転、内側
のものは Z 軸周りのカメラ位置の回転を行うためのものである。
- 19 -
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3.4
diana
3.4.1
概要
このプログラムは、FNDI 法を用いた装置の開発の PHITS のシミュレーションで出力され
るファイル(.out)のうち、[ T - P R O D U C T ]タリーで計算した dieaway プロットを、ROOT
ツール・キットを用いて解析するための Python スクリプトである。
実行のためには、Python, PyQt4, PyROOT の使える ROOT が必要である。
3.4.2
仕様
•
CUI でも GUI でも動作する。
•
PHITS の ANGEL 形式の出力ファイル(拡張子 .out)も、それを ROOT ファイルに変換
したものも、入力とすることができる。
–
前者の場合、mc-tools に含まれている angel2root.py を透過的に呼び出して、
ROOT_ファイルに変換してから解析を行う。
•
装置中に問いかけ対象物質を置かない場合の、問いかけ中性子(Interrogation neutron)成
分のみの解析も、対象物質を置いた dieaway プロット全体を対象とした解析も行うこと
ができる。
–
前者では、単一の指数減衰関数でのフィットを各ヒストグラムに対して行う。
𝑡𝑡
–
𝑛𝑛(𝑡𝑡) = 𝐴𝐴1 × exp (− 𝐵𝐵 ) ································································ (1)
1
後者では、二つの指数減衰関数(問いかけ中性子と、問いかけの結果放出される中
性子)と定数値の関数(バックグラウンド)を足し合わせた関数でフィットを行な
う。
𝑡𝑡
•
𝑡𝑡
𝑛𝑛(𝑡𝑡) = 𝐴𝐴1 × exp (− ) + 𝐴𝐴2 × exp (− ) + Const ······························· (2)
𝑇𝑇
𝑇𝑇
1
2
その場合、問いかけ成分の時間減衰パラメータは、対応する対象物質無し
のシミュレーション結果の問いかけ成分のみの解析で得られる値に固定し
てフィットを行う。そのため、別途問いかけ成分のみの解析で得られたパ
ラメータが収められたファイルを指定する必要がある。
•
同一ファイル中に含まれるヒストグラムの一部(又はすべて)を選択して加算したヒストグ
ラムを作り(1 つのみ)、解析することができる。
•
問いかけ成分、及び、定数値の関数それぞれの、フィットを行う範囲を指定することがで
きる。
- 20 -
JAEA-Data/Code 2014-027
•
一つ一つのヒストグラムの解析毎に、解析を一時停止してフィット結果を観察することが
できる。
•
ディフォルトでは、縦軸は適切な範囲を自動的に選んで表示するが、範囲を指定すること
もできる。
–
•
但し、加算により作られたヒストグラムは、自動スケールのみである。
解析した結果のパラメータ及びフィットの様子をキャプチャしたものは、自動的に電子フ
ァイルに保存される。
–
パラメータは、拡張子.dat のファイルに、フィットの様子のキャプチャは pdf フ
ァイルに保存される。
•
GUI で起動した場合、設定したパラメータの一部は、自動的に保存され、次回に起動した
際の初期値として使われる。
•
フィット過程のログは、電子ファイルに保存される。
–
ファイル・パス名は、入力ファイルの拡張子を.log に変えたものである。
–
記録される内容は、得られたパラメータと誤差値、収束したか否か、誤差行列、
共分散行列、などである。
–
3.4.3
同名のファイルが既に存在しても、どうするか問い合わせること無く上書きする。
使用法
3.4.3.1 CUI
diana プログラムを CUI で起動するには、コマンド行引数に、いずれかのサブコマンドと、
1 つ(拡張子.out の PHITS 出力ファイル)又は 2 つの入力ファイル(拡張子.out の PHITS 出力フ
ァイルと、問いかけ中性子成分をフィットした結果が収められたパラメータ・ファイル (拡張
子.dat))を指定して起動する。
サブコマンドには、以下の 3 つがある:
list
指定したファイル中に格納されている 1 次元ヒストグラムのリスト及び横軸の下限値・上限値
を表示する。
int
問いかけ中性子成分のみからなる dieaway プロットを、1 つの指数減衰関数でフィットする。
all
dieaway プロット全体を、2 つの指数減衰関数と一つの定数関数でフィットする。
-h 又は --help オプションを指定して起動することで、以下の様な簡単なヘルプを見ること
ができる。
- 21 -
JAEA-Data/Code 2014-027
$ diana -h
usage: diana [-h] [-o OUTBASE] [-p] [-s SUMH] [--intLo INTLO] [--intUp INTUP]
[--consLo CONSLO] [--consUp CONSUP] [-y YLOW YUPP]
{list,int,all} ...
Fit DieAway plot w/ single exp. or 2exps+1constant function. The basename of
the output files are that of the input file.
optional arguments:
-h, --help
show this help message and exit
-o OUTBASE, --outbase OUTBASE
override default output basename
-p, --pause
pause after displaying each TH1
-s SUMH, --sumh SUMH
make sum of named histograms (e.g. "0,2-8,11") and
analyze
--intLo INTLO
lower boundary of the interrogation fit
(default=18000.0 ns)
--intUp INTUP
upper boundary of the interrogation fit
(default=500000.0 ns)
--consLo CONSLO
lower boundary of the constant fit (default=1000000.0
ns)
--consUp CONSUP
upper boundary of the constant fit (default=1800000.0
ns)
-y YLOW YUPP, --yrange YLOW YUPP
lower/upper boundaries of the histogram display
subcommands:
valid subcommands
{list,int,all}
function of the subcommands
list
list the TH1s in the input file and exit
int
fit the interrogation component with a single exp.
all
fit whole histogram with two exps and a constant
PHITS .out files are converted at first to .root and then processed.
- 22 -
JAEA-Data/Code 2014-027
オプション引数について、以下の表 1 に示す。
表 1 プログラム'diana'のオプション引数(グローバル)
-o OUTBASE,
--outbase OUTBASE
-p,
出力ファイルのベース名を OUTBASE に変更する。ディフォルトでは
入力ファイルのベース名から拡張子を取り除いたものである。
一つ一つのヒストグラムの解析が終わる毎に、一時停止して結果を
--pause
表示する。
-s SUMH,
SUMH で指定したヒストグラム達を加算したヒストグラムを作り解
--sumh SUMH
--intLo INTLO
析する。
問いかけ成分のフィット領域の下限を INTLO に設定する。
--intLo を指定しながら INTLO を指定しなかった場合のディフォ
ルトは 18,000ns である。
--intUp INTUP
問いかけ成分のフィット領域の上限を INTUP に設定する。
--intUp を指定しながら INTUP を指定しなかった場合のディフォ
ルトは 500,000ns である。
--consLo CONSLO
定数関数のフィット領域の下限を CONSLO に設定する。
--consLo を指定しながら CONSLO を指定しなかった場合のディフ
ォルトは 1,000,000ns である。
--consUp CONSUP
定数関数のフィット領域の上限を CONSUP に設定する。
--consUp を指定しながら CONSUP を指定しなかった場合のディフ
ォルトは 1,800,000ns である。
-y YLOW YUPP,
--yrange YLOW YUPP
ヒストグラムの縦軸表示範囲を、共通の値(下限 YLOW、上限 YUPP)
に設定する。和ヒストグラムの表示範囲には影響を与えない(和ヒス
トグラムの縦軸範囲は常に自動的に設定される)。
注意 GUI では、最初の 1 次元(TH1)ヒストグラムの横軸の下限・上限を読み取って、
CONSUP の推奨初期値を自動的に設定するが、CUI の場合は、CONSUP はディフォルト値
1,800,000ns は固定のままである。従って、もし、ヒストグラムの横軸上限値がこの値と異な
る場合、list サブ・コマンドで表示される横軸範囲から、手動で適切に設定して解析する必要
がある。
3.4.3.1.1 リスト表示
入力ファイルに記録されている ROOT.TH1 ヒストグラムの数、横軸の範囲と、タイトルを
表示する。
和に含めるヒストグラムの番号は、このリストの"No."に表示されている番号で指定しなくては
ならない。番号がゼロから始まっている事に注意すること。
- 23 -
JAEA-Data/Code 2014-027
$ diana list -h
usage: diana list [-h] inFile
positional arguments:
inFile
input PHITS result file (.out or .root)
optional arguments:
-h, --help
show this help message and exit
3.4.3.1.2 問いかけ成分の解析
コマンド行で入力ファイル名を指定して起動する。
$ diana int -h
usage: diana int [-h] inFile
positional arguments:
inFile
input PHITS result file (w/o debris, .out or .root)
optional arguments:
-h, --help
show this help message and exit
3.4.3.1.3 dieaway プロット全体の解析
入力ファイル(.out or .root)の他に、対応する対象物質無しのシミュレーション結果の解析で
得られたパラメータの記されたファイルを指定する。
$ diana all -h
usage: diana all [-h] inFile parFile
positional arguments:
inFile
input PHITS result file (w/ debris, .out or .root)
parFile
the parameter file obtained by the corresponding 'int' analysis
optional arguments:
-h, --help
show this help message and exit
- 24 -
JAEA-Data/Code 2014-027
3.4.3.2 GUI
diana プログラムを GUI で起動するには、以下の方法がある。
•
デスクトップに作られたアイコンに、解析したいファイル(拡張子.out の PHITS ファイル
又は拡張子.root の ROOT ファイル)のアイコンをドラッグ&ドロップする(windows のみ)。
•
(windows 以外では)実行ファイル angel.pyw のショートカットをデスクトップに作って
おき、そのアイコンに、解析したいファイル(拡張子.out の PHITS 出力ファイル又は拡張
子.root の ROOT ファイル)のアイコンをドラッグ&ドロップする。
•
(環境に依らず)解析したいファイルの名前が foo.out である場合、コマンド行から、
$ diana.pyw foo.out
と起動する。
一回の起動で、一つのファイルのみを指定して解析することしかできない。
起動すると、図 10 のようなダイアログが立ち上がり、指定した入力ファイル中の 1 次元ヒ
ストグラムの内容(タイトル等)のリストが表示されるので、希望に合わせて各オプションを設
定する。
- 25 -
JAEA-Data/Code 2014-027
図 10 diana の GUI モードでのダイアログ
オプションについて、以下に説明する。
Summed
そのヒストグラムを和のヒストグラムに加算する場合はチェックを入れる。ディフォルトで
は、すべてのヒストグラムにチェックが入っている(設定は保存されない)。
Analysis Type
解析の方法を選ぶ。"Whole spectrum"を選んだ場合は、対応する対象物質無しの場合の解
析結果が収められた電子ファイルを"Param.File"欄に指定する必要がある(指定しないと、
"OK"ボタンが押せる状態にならない)。
- 26 -
JAEA-Data/Code 2014-027
•
"Whole spectrum"(全体を二つの指数減数関数+一つの定数関数で解析する)、又は
•
"Interrogation comp."(問いかけ成分のみを一つの指数減衰関数で解析する)
Fit boundaries
フィットする範囲を指定する。(設定は保存される)
Int.Low(ns)
問いかけ成分の下限を、ナノ秒単位の整数値で指定する。
Int.Upp(ns)
問いかけ成分の上限を、ナノ秒単位の整数値で指定する。
Const.Low(ns)
定数関数の下限を、ナノ秒単位の整数値で指定する。
Const.Upp(ns)
定数関数の上限を、ナノ秒単位の整数値で指定する。
Y display range (except for 'sum')
ヒストグラムの縦軸表示範囲を、自動スケールではなく、固定する場合は、"Y range: "にチェ
ックを入れ、表示範囲の上限 "Y Upp:"及び下限"Y Low:"を、指数部と仮数部に分けて指定する
(和のヒストグラム設定は保存される。但し、チェックが入れられていない場合は、上限及び下
限の数値は保存されない)。
和のヒストグラムの縦軸表示範囲は、この設定には依らず自動スケールされる。
Pause after each display
個々のヒストグラムの解析の後で一時停止させたい場合はチェックを入れる(設定は保存され
る)。
Output basename
出力ファイルのベース名を変更したい場合は、チェックを入れ名称を指定する。ディフォルト
では、入力ファイルのベース名が記入され、チェック無しの状態になっている(設定は保存され
ない)。
3.4.4
解析結果の表示について
3.4.4.1
int
“int”サブコマンドで解析を行った場合は、各 dieaway プロット毎に、図 11 のような表示がな
される。
- 27 -
JAEA-Data/Code 2014-027
図 11 “int”サブコマンドで解析を行った場合の画面出力の例
赤の直線で表示されているのが、フィットにより最適化された指数関数である。
図のように、シミュレーション結果とともに、最適化により得られた指数関数が赤の実線で
表示される。
3.4.4.2
all
“all”サブコマンドにより、核分裂性の調査対象物質がある場合に得られる dieaway プロッ
トを解析した場合は、各プロット毎に図 12 の様なプロットが表示される。
- 28 -
JAEA-Data/Code 2014-027
図 12 “all”サブコマンドで dieaway プロット全体の解析を行った場合の画面出力の例
(上図) 赤の直線で表示されているのが、フィットにより最適化された関数であり、その各成分
がそれぞれ、緑実線(問いかけ中性子成分)、青実線(調査対象物質からの中性子成分)、点線(時
間に依らないバックグラウンド成分)で表示される。
(下図) データとフィット値との差をデータの標準偏差で除算した値がプロットされる。
3.4.5
パラメータ出力
“int”サブコマンドで、問いかけ中性子成分のみを単一の指数関数のフィットにより解析した
場合に得られるパラメータは、以下のならびで電子ファイルに記録される。
(region)
(A1)
(A1 error)
(T1)
(T1 error)
和ヒストグラムを作り解析した場合は、領域名は“sum”となる。
以下に例を示す。
101
4.863715e-06 2.525087e-07
3.571660e+04 1.058836e+03
102
4.035657e-06 2.246175e-07
3.845042e+04 1.239577e+03
103
3.722473e-06 2.115466e-07
3.705259e+04 1.157795e+03
104
3.413230e-06 2.039585e-07
3.837063e+04 1.315311e+03
105
3.542633e-06 2.201319e-07
3.656100e+04 1.301738e+03
106
3.472319e-06 2.113124e-07
4.049975e+04 1.459348e+03
- 29 -
JAEA-Data/Code 2014-027
107
4.259706e-06 2.297419e-07
3.818093e+04 1.165755e+03
108
5.137040e-06 3.161837e-07
3.271216e+04 1.131110e+03
109
1.108713e-04 1.219190e-06
3.398658e+04 1.980650e+02
110
6.794724e-05 8.959306e-07
3.752354e+04 2.669077e+02
111
3.335796e-05 5.909953e-07
3.889080e+04 3.823509e+02
112
1.792447e-05 4.529076e-07
3.768873e+04 5.302367e+02
113
1.110906e-04 1.240324e-06
3.416783e+04 2.026822e+02
114
6.765388e-05 8.710120e-07
3.756841e+04 2.681352e+02
115
3.315380e-05 5.824763e-07
3.955935e+04 3.937488e+02
116
1.847379e-05 4.749398e-07
3.661025e+04 5.099084e+02
sum
4.871658e-04 2.429567e-06
3.650604e+04 9.886722e+01
一方、“all”サブコマンドで dieaway プロット全体を解析した場合のパラメータ出力の並び
は以下の通り:
(region)
3.4.6
(A1)
(A1 error)
(A2)
(A2 error)
(T2)
(T2 error)
(Const)
(Const error)
“all”解析の中身
“all”サブコマンドによる dieaway プロット全体の解析では、以下の様な手順で解析を行っ
ている。
1) 時間に依存しないバックグラウンド成分を、指定されたフィット領域でフィットする。
2) プロット全体を、式(2)によりフィットする。その際、
i.
時間に依存しないバックグラウンド成分は、上で得られた値で固定するとともに、
ii.
問いかけ中性子成分の指数減衰パラメータ(式の T1)は、対応する“int”解析で得られ
たパラメータに固定する。
従って、出力されるパラメータ・ファイルでは、A1, A2, T2 及びその誤差と、時間に依存し
ないバックグラウンド成分及びその誤差が、便宜上同一行に出力されてはいるが、「同時に最
適化される」値は、式(2)の A1, A2, T2 であり、これらのパラメータの誤差には、時間に依存し
ないバックグラウンド成分の誤差は含まれない。また、共分散行列及び相関行列にも、時間に
依存しないバックグラウンド成分の寄与は含まれていない。
- 30 -
JAEA-Data/Code 2014-027
4.
まとめ
PHITS を用いた放射線輸送シミュレーションの結果を簡便に 4 次元(3 次元空間＋時間)可視
化し、また、得られた dieaway プロットの定量的な比較を簡便に行えるようにすることにより、
FNDI 法に基づく装置の開発を高速化するため、一連のソフトウェア・ツールを開発した。実
用に堪えるツールを早急に使用に供するため、既に公開されているソフトウェアを最大限活用
する、という方針のもとで開発を行なった。
4 次元可視化には ParaView を用いることとし、PHITS の出力データを ParaView で読み
込むことができるようにする変換ツール(angel2vtk)と、ParaView による 4 次元可視化操作を
簡便に行う為のツール(DispDCAS1, CamPos)を作成した。
Dieaway プロットの定量的な解析は、ROOT 形式に変換した上で ROOT ツールキットを用
いて行うこととし、ROOT/PyROOT/Python を用いたプログラム、diana を開発した。
謝
辞
装置開発の一員に加えて下さり、本ソフトウェア・ツールの開発の機会を与えて下さった、
呉田昌俊グループ・リーダーに感謝致します。また、まだ不完全な状態から本ソフトウェア・
ツールを使用し、要望やフィードバックをして下さった、装置開発チームの前田亮博士及び米
田政夫氏に感謝致します。
The author would like to express his sincere gratitude to the developers of ParaView,
ROOT, Python, Qt, PyQt, mc-tools, and PyEVTK. Without these software tools/toolkits, the
present tool suite could not be developed in such a short period. The developers of the
ROOT team, especially the author of PyROOT, Dr. Wim Lavrijsen of LBNL, have been
responsive and have been giving clear answers to the present author’s stupid questions.
Dr. Konstantin Batkov of ESS, the author of mc-tools, is generous enough to accept the
present author’s proposal of modification of his mc-tools and let the author to commit to the
tools’ repository; angel2root.py in the mc-tools is the first and essential tool for both the 4D
visualization and the quantitative analysis of dieaway plots, and the present author cannot
thank too much.
- 31 -
JAEA-Data/Code 2014-027
参考文献
1) Haruyama, M., Takase, M. and Tobita, H.: “Improvement of Detection Limit in 14
MeV Neutron Direct Interrogation Method by Decreasing Background”, J Nucl Sci
Technol JP, 45:5, pp.432-440 (2008).
2) Sato, T., Niita, K., Matsuda, N., Hashimoto, S., Iwamoto, Y., Noda, S., Ogawa, T.,
Iwase, H., Nakashima, H., Fukahori, T., Okumura, K., Kai, T., Chiba, S., Furuta, T.,
and Sihver, L.: Particle and Heavy Ion Transport Code System PHITS, Version 2.52, J
Nucl Sci Technol JP, 50:9,pp. 913-923 (2013).
3) “SimpleGeo — solid modeling for particle transport Monte Carlo simulations”,
http://theis.web.cern.ch/theis/simplegeo/ (accessed 2015-01-07).
4) “ParaView” http://www.paraview.org (accessed 2015-01-07).
5) Schroeder, W., Martin, K. and Lorensen, B.: “The Visualisation Toolkit (4ed.)” Kitware,
New York, ISBN 1-930934-19-X (2006).
6) “ROOT | A Data Analysis Framework”, http://root.cern.ch (accessed 2015-01-07).
7) “Welcome to Python.org”, http://www.python.org (accessed 2015-01-07).
8) “Qt Project”, http://qt-project.org (accessed 2015-01-07).
9) “SourceForge.net: PyQt — Project Web Hosting - Open Source Software”,
http://pyqt.sourceforge.net/ (accessed 2015-01-07).
10) “VisIt”, https://wci.llnl.gov/simulation/computer-codes/visit/ (accessed 2015-01-07).
11) “Ruby Programming Language”, https://www.ruby-lang.org/en/ (accessed 2015-01-07).
12) “NumPy — Numpy”, http://www.numpy.org/ (accessed 2015-01-07).
13) “SciPy.org — SciPy.org”, http://www.scipy.org/ (accessed 2015-01-07).
14) “mc-tools — Monte Carlo Tools — Google Project Hosting”,
https://code.google.com/p/mc-tools/ (accessed 2015-01-07).
15) “Welcome to Setuptools’ documentation! — Setuptools documentation”,
http://pythonhosted.org//setuptools/ (accessed 2015-01-07).
16) “PyROOT | ROOT”, https://root.cern.ch/drupal/content/pyroot (accessed 2015-01-07).
17) “pauloh / PyEVTK — Bitbucket”, https://bitbucket.org/pauloh/pyevtk (accessed
2015-01-07).
- 32 -
国際単位系（SI）
表１．SI 基本単位
SI 基本単位
基本量
名称
記号
長
さメートル m
質
量キログラム kg
時
間
秒
s
電
流アンペア A
熱力学温度ケルビン K
物質量モ
ル mol
光
度カンデラ cd
面
体
速
加
波
密
面
表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例
SI 基本単位
組立量
名称
記号
積平方メートル
m2
積立法メートル
m3
さ，速度メートル毎秒
m/s
速
度メートル毎秒毎秒
m/s2
数毎メートル
m-1
度，質量密度キログラム毎立方メートル
kg/m3
積
密
度キログラム毎平方メートル
kg/m2
比
体
電
流
密
磁界の強
(a)
量濃度
，濃
質
量
濃
輝
屈
折
率
比透磁率
積立方メートル毎キログラム
度アンペア毎平方メートル
さアンペア毎メートル
度モル毎立方メートル
度キログラム毎立法メートル
度カンデラ毎平方メートル
(b)
（数字の）　１
(b)
（数字の）　１
乗数　24
10
1021
1018
1015
1012
109
106
103
3
m /kg
A/m2
A/m
mol/m3
kg/m3
cd/m2
1
1
102
101
ゼ
タ
エクサ
Ｚ
Ｅ
10-2
ペ
テ
タ
ラ
Ｐ
Ｔ
ギ
メ
ガ
ガ
Ｇ
Ｍ
マイクロ
ノ
10-9 ナ
コ
10-12 ピ
10-15 フェムト
キ
ロ
ヘクト
デ
カ
ｋ
ｈ
da
d
°
’
日
度
分
10-3
10-6
記号
センチ
ミ
リ
ト
10-18 ア
10-21 ゼプト
10-24 ヨクト
d
c
m
µ
n
p
f
a
z
y
1 d=24 h=86 400 s
1°=(π/180) rad
1’=(1/60)°=(π/10800) rad
”
1”=(1/60)’=(π/648000) rad
ha 1ha=1hm2=104m2
L，l 1L=11=1dm3=103cm3=10-3m3
t
1t=103 kg
秒
ヘクタール
リットル
SI基本単位による
表し方
m/m
2/ 2
m m
s-1
m kg s-2
m-1 kg s-2
m2 kg s-2
m2 kg s-3
sA
m2 kg s-3 A-1
m-2 kg-1 s4 A2
m2 kg s-3 A-2
m-2 kg-1 s3 A2
m2 kg s-2 A-1
kg s-2 A-1
m2 kg s-2 A-2
K
cd
m-2 cd
s-1
トン
表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で
表される数値が実験的に得られるもの
名称
記号
SI 単位で表される数値
電子ボルト
ダルトン
統一原子質量単位
eV
Da
u
天
ua
文
単
位
1eV=1.602 176 53(14)×10-19J
1Da=1.660 538 86(28)×10-27kg
1u=1 Da
1ua=1.495 978 706 91(6)×1011m
表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
バ
ー
ル bar １bar=0.1MPa=100kPa=105Pa
水銀柱ミリメートル mmHg 1mmHg=133.322Pa
m2 s-2
m2 s-2
s-1 mol
(a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや
コヒーレントではない。
(b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。
実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明
示されない。
(c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。
(d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。
(e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの
単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。
(f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。
(g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。
表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例
SI 組立単位
組立量
SI 基本単位による
名称
記号
表し方
-1
粘
度パスカル秒
Pa s
m kg s-1
力のモーメントニュートンメートル
Nm
m2 kg s-2
表
面
張
力ニュートン毎メートル
N/m
kg s-2
角
速
度ラジアン毎秒
rad/s
m m-1 s-1=s-1
角
加
速
度ラジアン毎秒毎秒
rad/s2
m m-1 s-2=s-2
熱流密度 , 放射照度ワット毎平方メートル
W/m2
kg s-3
熱容量 , エントロピージュール毎ケルビン
J/K
m2 kg s-2 K-1
比熱容量，比エントロピージュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K)
m2 s-2 K-1
比エネル
ギージュール毎キログラム
J/kg
m2 s-2
熱
伝
導
率ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1
体積エネルギージュール毎立方メートル J/m3
m-1 kg s-2
電
界
の
強
さボルト毎メートル
V/m
m kg s-3 A-1
電
荷
密
度クーロン毎立方メートル C/m3
m-3 sA
表
面
電
荷クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 sA
電束密度，電気変位クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 sA
誘
電
率ファラド毎メートル
F/m
m-3 kg-1 s4 A2
透
磁
率ヘンリー毎メートル
H/m
m kg s-2 A-2
モルエネルギージュール毎モル
J/mol
m2 kg s-2 mol-1
モルエントロピー, モル熱容量ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1
照射線量（Ｘ線及び γ 線）クーロン毎キログラム
C/kg
kg-1 sA
吸
収
線
量
率グレイ毎秒
Gy/s
m2 s-3
放
射
強
度ワット毎ステラジアン
W/sr
m4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3
放
射
輝
度ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3
酵素活性
濃度カタール毎立方メートル kat/m3
m-3 s-1 mol
表５．SI 接頭語
記号乗数　接頭語
Ｙ
シ
10-1 デ
表６．SIに属さないが、SIと併用される単位
名称
記号
SI 単位による値
分
min 1 min=60s
時
h 1h =60 min=3600 s
（a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度
（substance concentration）ともよばれる。
（b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのこと
を表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。
表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位
SI 組立単位
組立量
他のSI単位による
名称
記号
表し方
（ｂ）
平
面
角ラジアン(ｂ)
rad
1
（ｂ）
(ｂ)
(c)
立
体
角ステラジアン
sr
1
周
波
数ヘルツ（ｄ）
Hz
力
ニュートン
N
圧
力
応
力パスカル
,
Pa
N/m2
エネルギー , 仕事 , 熱量ジュール
J
Nm
仕事率，工率，放射束ワット
W
J/s
電
荷
電
気
量クーロン
,
C
電位差（電圧） , 起電力ボルト
V
W/A
静
電
容
量ファラド
F
C/V
電
気
抵
抗オーム
Ω
V/A
コンダクタンスジーメンス
S
A/V
磁
束ウエーバ
Wb
Vs
磁
束
密
度テスラ
T
Wb/m2
インダクタンスヘンリー
H
Wb/A
セルシウス温度セルシウス度(ｅ)
℃
光
束ルーメン
lm
cd sr(c)
照
度ルクス
lx
lm/m2
Bq
放射性核種の放射能（ｆ）ベクレル（ｄ）
吸収線量, 比エネルギー分与,
グレイ
Gy
J/kg
カーマ
線量当量, 周辺線量当量, 方向
Sv
J/kg
シーベルト（ｇ）
性線量当量, 個人線量当量
酸
素
活
性カタール
kat
接頭語
ヨ
タ
オングストローム
海
里
バ
ー
ン
Å
Ｍ
１Å=0.1nm=100pm=10-10m
１M=1852m
b
ノ
ネ
ベ
ト
パ
ル
kn
Np
Ｂ
１b=100fm2=(10-12cm)2=10-28m2
１kn=(1852/3600)m/s
ル
dB
ッ
ー
デ
ジ
ベ
SI単位との数値的な関係は、
対数量の定義に依存。
表９．固有の名称をもつCGS組立単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
ル
グ erg 1 erg=10-7 J
エ
ダ
ポ
イ
ア
ス
ス
トーク
チ
ル
フ
ガ
ォ
ン dyn 1 dyn=10-5N
ズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa s
ス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1
ブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2
ト ph 1 ph=1cd sr cm-2 104lx
ル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2
マクスウｪル
ガ
ウ
ス
エルステッド（ｃ）
Mx
G
Oe
1 Mx = 1G cm2=10-8Wb
1 G =1Mx cm-2 =10-4T
1 Oe　(103/4π)A m-1
（c）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「　」
は対応関係を示すものである。
キ
レ
ラ
名称
ュ
リ
ン
レ
ガ
ト
表10．SIに属さないその他の単位の例
記号
SI 単位で表される数値
ー Ci 1 Ci=3.7×1010Bq
ゲ
ン
ン R
ド rad
ム rem
マ γ
準
大
気
1 rad=1cGy=10-2Gy
1 rem=1 cSv=10-2Sv
1γ=1 nT=10-9T
1フェルミ=1 fm=10-15m
フ
ェ
ル
ミ
メートル系カラット
ト
標
1 R = 2.58×10-4C/kg
1メートル系カラット = 200 mg = 2×10-4kg
ル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa
圧 atm 1 atm = 101 325 Pa
カ
ロ
リ
ー
cal
ミ
ク
ロ
ン
µ
1cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J
（｢IT｣カロリー）4.184J（｢熱化学｣カロリー）
1 µ =1µm=10-6m
（第8版，2006年改訂）

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