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Improvement of radiation damage calculation in PHITS and tests for copper and tungsten irradiated with protons and heavy-ions over a wide energy range

陽子と重イオンの銅及びタングステンへの照射に関するPHITSの放射線損傷計算の改良とテスト

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。100MeVを超える陽子及びヘリウム入射によるタングステンでは、核反応により生成する二次粒子のDPAへの寄与が顕著となることがわかり、高エネルギー領域において、本研究により改良したPHITSコードは、一般に材料損傷計算に使用される、核反応を取り扱えないSRIMコードよりもDPA導出に関して信頼できることがわかった。また、銅とタングステンに関して、広いエネルギーに対する欠陥生成効率をPHITSコードに組み込むことにより、はじき出し断面積の実験値をよく再現することがわかった。このように、改良したPHITSコードを用いて、広いエネルギー,さまざまな粒子に対するはじき出し断面積の評価を行うことを可能とした。

The radiation damage model in the PHITS has been improved using the screened Coulomb scattering to evaluate the energy of the target PKA (Primary Knock on Atom) created by the projectile and the secondary particles from the nuclear reactions. For the high-energy proton and $$^{3}$$He incident reactions, a target PKA created by the secondary particles was more dominant than a target PKA created by the projectile in DPA calculations. Therefore, the improved PHITS can calculate DPA values at high energies and TRIM leads to severe underestimation where projectile energy is high enough to create nuclear reactions. Thus improved PHITS is applicable to evaluate the displacement cross sections for the various particles and over a wide energy range and to calculate DPA values determined by different particles and fluxes in an irradiation environment.

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