DPA calculations for heavy-ion and proton incident reactions in high-energy region using the PHITS code

PHITSコードを用いた高エネルギー重イオン及び陽子入射反応に対するDPA計算

岩元 洋介   ; 仁井田 浩二*; 沢井 友次; Ronningen, R. M.*; Baumann, T.*

Iwamoto, Yosuke; Niita, Koji*; Sawai, Tomotsugu; Ronningen, R. M.*; Baumann, T.*

"原子あたりのはじき出し数(DPA)"の関数で評価される放射線損傷は、大強度ビーム、特に重イオンに関して重要な課題の一つである。最近、われわれは粒子・重イオン輸送計算コードPHITSに含まれるDPA計算モデルを輸送荷電粒子のクーロン弾性散乱からの寄与を含むように拡張した。具体的には、6つのパラメータ(入射粒子と生成粒子の電荷、質量数及び入射粒子の運動エネルギーと散乱角)の関数からなるラザフォード微分断面積の代わりに、J. Lindhard等による統合的な1つのパラメータの微分断面積の式を採用した。核子あたり130MeVの76Ge入射による184Wの深さ方向のDPA計算を拡張後のPHITSと、2次元損傷計算で一般に使用されるTRIMコードによる計算結果とを比較したところよく一致した。クーロン弾性散乱を含まない拡張前のPHITSはこれらの結果より約100倍ほど小さく、特に重イオンに対してクーロン弾性散乱からの寄与は無視できないことがわかった。その他のエネルギー、ターゲット等の系統的なDPA計算についても発表を行う。

Radiation damage measured as a function of DPA is one of the critical issues for high-intensity beams, especially heavy-ions. The DPA model in PHITS has recently been extended to include contributions from Coulomb elastic scattering of transported charged particles. For the Coulomb elastic scattering, a universal one-parameter differential scattering cross section equation introduced by J. Lindhard et al. is employed instead of the differential Rutherford cross section which is a function of six parameters; charge and mass number of incident and produced particles, kinetic energy of incident particle and scattered angle. In this work, we compare PHITS results for the 130 MeV/u 6Ge+W reaction with calculated results of TRIM which is two-dimensional damage calculation code. Then we calculate DPA for different ions, targets and energies in the energy region from 100 MeV/u to 1 GeV/u and evaluate the systematics of DPA.