今日は最近使っているGATE10について、紹介記事を書いていきます。インストールからテスト実行までです。

※本記事の内容は本家のREADME.mdの内容になります。 

GATEはGeant4のラッパーのような立ち位置で、結構長い歴史があります。

数年前にGATE10がリリースされ、これまでのマクロベース（GATE 9.XX以前）とは大きく異なり、Pythonベースでシミュレーションを記述するスタイルへと移行しました。
Pythonで制御できるようになったことで、可読性や拡張性が大きく向上しています。

環境はWindows, MacOS, Linuxのどれでもいいのですが、今回は、環境差によるトラブルを極力減らすことを目的として、GATE 9.XX以前と同じ考え方で環境を統一していく（Virtual Boxを使う）方針をとります。分かる人はそれぞれの方法でやってください。

※Windowsはマルチスレッディング・可視化の機能が一部使えないとか

Virtual Box用のイメージファイル（vGATE 9.4.1）は15GB以上あるのでダウンロードが大変です。ダウンロード速度の出る環境で、ダウンローダー等を使うことをお勧めします。

仮想マシンのストレージは初期設定の40GBだと足りないので120GBくらいは確保しておいた方がいいと思います。後から変更する場合には、こちらを参考にしてください。

Virtual Boxを起動しましたら以前の記事を参考に日本語入力・キーボード設定を済ませておいてください。（設定からキーボード、地域　あたりを手当たり次第に日本語に設定するといいと思います。）。あと、VirtualBoxのメニュー＞デバイスからGuest Additionsも入れておいてください。

まず必要なパッケージを入れます。

sudo apt update
sudo apt install -y python3-venv python3.10-venv

次にGATE10を使う仮想環境を作りましょう。さらにactivateします。

cd ~/Software/
mkdir Gate10
cd Gate10
python3.10 -m venv opengate_env
source opengate_env/bin/activate

こんな感じで（opengate_env）という表示になっていればOKです。

では本体opengate（GATE10）を入れましょう。

pip install --upgrade pip
pip install opengate

あと、上級者の使い方としてPyTorchとgaga-phspを使う機能がありますの。これらは自動インストールされないので以下のコマンドでインストールしておきます。

※現時点で必須ではないです。

pip install torch
pip install gaga-phsp

終わったら以下を実行して、正しく動作することを確認しましょう。初回だけ大容量のデータ（Geant4関連)をダウンロードすることになります。Virtual Boxの初期設定のストレージ40GBだと、ここで詰まります。

opengate_tests

とりあえず、ここまで完了すればインストールはOKです。

具体的なコードなどを実行して説明していきます。

以下は本家のtest004_simple.pyを元とさせてもらっています。
https://github.com/OpenGATE/opengate/blob/master/opengate/tests/src/misc/test004_simple.py

ただし、初学者が基本的なシミュレーション構成を理解しやすいよう、テストフレームワークに依存する部分を削除して、最小限のコード構成にしています。

gedit theme00_my_first_test.py

として以下をコピペ、保存してください。

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

from opengate.managers import Simulation
from opengate.utility import g4_units

# Simulationオブジェクトの作成
sim = Simulation()

# 単位の定義
m = g4_units.m
cm = g4_units.cm
keV = g4_units.keV
Bq = g4_units.Bq

# Worldボリュームのサイズ設定
world = sim.world
world.size = [ 3*m, 3*m, 3*m ]
world.material = "G4_AIR"

# 水ファントムの追加
waterbox = sim.add_volume("Box", "Waterbox")
waterbox.size = [40 * cm, 40 * cm, 40 * cm]
waterbox.translation = [0 * cm, 0 * cm, 25 * cm]
waterbox.material = "G4_WATER"

# ガンマ線源の追加
source = sim.add_source("GenericSource", "Default")
source.particle = "gamma"
source.energy.mono = 80 * keV
source.direction.type = "momentum"
source.direction.momentum = [0, 0, 1]
source.n = 200000

# 統計情報アクターの追加
stats = sim.add_actor("SimulationStatisticsActor", "Stats")
stats.track_types_flag = True

# シミュレーションの実行
sim.run()

# 結果の表示
print(stats)
python3 theme00_my_first_test.py

にて実行します。

これを実行した結果が以下です。

imulation: create RunManager (single thread)
Simulation: initialize Geometry
Simulation: initialize Physics
Simulation: initialize Source
Simulation: initialize G4RunManager
Simulation: initialize PhysicsEngine after RunManager initialization
Simulation: initialize actors
Simulation: check volumes overlap
--------------------------------------------------------------------------------
Simulation: START 
Simulation: STOP. Run: 1. Time: 2.1 seconds.
--------------------------------------------------------------------------------
runs                1 
events              200000 
tracks              205367 
steps               1393058 
init                555.919 ms
duration            1.59346 s
pps                 125512 
tps                 128881 
sps                 874233 
start_time          Mon Jan 26 16:08:18 2026 
stop_time           Mon Jan 26 16:08:20 2026 
sim_start_time      0.0 ps
sim_stop_time       1.0 s
threads             1 
arch                Linux 
python              3.10.12 
track_types
                        e-: 5365
                        gamma: 200002

エネルギーを80keVから511keVに変更してみましょう。

そうすると結果は以下のようになりました。

Simulation: create RunManager (single thread)
Simulation: initialize Geometry
Simulation: initialize Physics
Simulation: initialize Source
Simulation: initialize G4RunManager
Simulation: initialize PhysicsEngine after RunManager initialization
Simulation: initialize actors
Simulation: check volumes overlap
--------------------------------------------------------------------------------
Simulation: START 
Simulation: STOP. Run: 1. Time: 2.5 seconds.
--------------------------------------------------------------------------------
runs                1 
events              200000 
tracks              268230 
steps               1837602 
init                519.865 ms
duration            1.93761 s
pps                 103219 
tps                 138433 
sps                 948384 
start_time          Mon Jan 26 16:17:41 2026 
stop_time           Mon Jan 26 16:17:43 2026 
sim_start_time      0.0 ps
sim_stop_time       1.0 s
threads             1 
arch                Linux 
python              3.10.12 
track_types
                        e-: 67443
                        gamma: 200787

二次電子の数、それらの追跡（tracks）が大きく増加しているのが分かります。

このほかにも色々と変えて、理解を深めてください。

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