Attenuation of ambient dose equivalent from neutrons by thick concrete, cast iron and composite shields for high energy proton, He, Ca and U ions on Cu targets for shielding design

高エネルギーの陽子,He, Ca, U入射による銅ターゲットで生成される中性子のコンクリート,鉄及び複合遮蔽体内での線量減衰

岩元 洋介   ; Ronningen, R. M.*

Iwamoto, Yosuke; Ronningen, R. M.*

米国希少放射性同位元素ビーム施設(FRIB)等の重イオン加速器施設の遮蔽設計において、モンテカルロ輸送計算コードを使用することは膨大な計算時間を要する。そのため、施設の遮蔽概念設計の初期の段階では中性子線量に対する各遮蔽材の減衰定数を用いた簡易評価式が頻繁に使用される。そこで、FRIBでの使用が予定されるイオンビーム(核子あたりのエネルギーがそれぞれ200及び400MeVのU, 300及び500MeVのCa, 800MeVのHe、並びに1GeV陽子)が厚い銅ターゲットへ入射した場合のコンクリート,鉄及び複合遮蔽体である鉄/コンクリートの各遮蔽体における中性子線量の減衰定数をPHITSコードで算出した。AgosteoらによるFLUKAコードの結果に対して、PHITSコードによる計算結果はよく再現した。また、1m厚さの鉄とコンクリートの複合遮蔽体での線量率減衰に関して、両遮蔽体の境界付近で中性子の線量率が大きく減少することがわかった。得られた減衰定数を組み込んだ表計算ソフトを作成した結果、遮蔽体の厚さを入力することにより各イオンビームに対する中性子線量が簡便に導出できるようになった。

Data on neutron dose attenuation by thick concrete, cast iron, and cast iron plus concrete composite shields for heavy ions and protons having high energies (200 - 1000 MeV/u) are necessary for shielding designs of high-powered heavy ion accelerator facilities. Neutron production source terms, shield material attenuation lengths, and neutron dose rate reduction effectiveness of the bulk shielding in the angular range from 0 to 125 were determined by the Particle and Heavy Ion Transport Code (PHITS) for beams of 300 and 550 MeV/u Ca ions, 200 and 400 MeV/u U ions, 800 MeV/u He and 1 GeV protons. Calculated results of interaction lengths of concrete and cast iron were also compared with similar work performed by Agosteo et al., and to experimental and other calculated data on interaction lengths. The agreement can be regarded as acceptable.