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Estimating neutron dose equivalent rates from heavy ion reactions around 10 MeV amu$$^{-1}$$ using the PHITS code

PHITSコードを用いた核子あたり10MeV付近の重イオン反応からの中性子線量当量率の見積もり

岩元 洋介  ; Ronningen, R. M.*; 仁井田 浩二*

Iwamoto, Yosuke; Ronningen, R. M.*; Niita, Koji*

重イオン加速器施設の設計では、低エネルギーの重イオンに起因する高レベル放射線場における線量の予測法の確立と遮蔽設計が必要となる。粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、核子あたり100MeVを超える高エネルギー重イオン加速器施設周辺の放射線レベル予測に使用されているが、核子あたり10MeV付近の重イオン反応による放射線レベル計算に関するPHITSコードの妥当性は十分調べられていない。そこで本研究ではまず、核子あたり6.25MeVと10MeVの$$^{12}$$Cイオン及び核子あたり10MeVの$$^{16}$$Oイオンが銅ターゲットに入射した際の中性子生成エネルギースペクトルの測定データを用いて、PHITSコードにおける原研版量子分子動力学モデル(JQMD)から蒸発モデル(GEM)への"切り替え時間"の妥当性を検証した。その結果100fm/cが最もよく測定データを再現することがわかった。また、この切り替え時間を用いて、Ohnesorgeらによる核子あたり3-16MeVの重イオン入射による中性子線量率データの詳細解析を行い、測定データをよく再現する計算結果が得られた。さらに、線量当量率は入射する重イオンの種類には依存しないが、ターゲット材質に対しては依存することがわかった。

The influence of the "switching time" in PHITS calculations of low-energy heavy ion reactions, defined as the time when the JAERI Quantum Molecular Dynamics model calculation stops and the Generalized Evaporation Model calculation begins, was studied using neutron energy spectra from around 10 MeV/u heavy ion incident on a copper target. Using a value of 100 fm/c for the switching time, calculated neutron energy spectra obtained agree well with the experimental data. PHITS was then used with the switching time of 100 fm/c to simulate an experimental study by calculating neutron dose equivalent rates produced by 3 MeV/u to 16 MeV/u heavy ion beams incident on iron, nickel and copper targets. The calculated neutron dose equivalent rates agree very well with the data and follow a general pattern which appears to be insensitive to the heavy ion species but is sensitive to the target material.

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パーセンタイル:33

分野:Environmental Sciences

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