Development of photon-induced pion production in the PHITS Code

PHITSコードにおける光子誘起パイオン生成反応の開発

野田 秀作; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   ; 仁井田 浩二*

Noda, Shusaku; Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko; Niita, Koji*

高エネルギー電子加速器などの施設において、光核反応により種々の高エネルギー2次粒子が生成される。そのため、光核反応によって2次的に発生した陽子や中性子の線量を正確に見積もることが必要とされている。現在、PHITSコードは、150MeV以下のエネルギーの光子入射によって引き起こされる巨大共鳴反応と準重陽子崩壊反応を正確に取り扱うことができる。しかし、150MeV以上のエネルギーを持つ光子が原子核に入射した際に核子共鳴を起こしてパイオンが生成される反応について、これを模擬するモデルはPHITSに含まれていない。そこで、本研究によりPHITSコードへのパイオン生成反応モデルの組み込みを行う。この方法において、パイオン生成全断面積は核種ごとに系統式を用いて決定する。また、高エネルギー光子入射による共鳴反応で生成されるデルタ粒子の崩壊でパイオンが生成される過程はJQMDモデルで再現する。このパイオン生成反応モデルを組み込んだPHITSの計算結果は、光子入射陽子生成又は中性子生成断面積と比較する。

It is of great importance to estimate the dose of secondarily generated protons and neutrons by photonuclear reaction. The Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) used to be able to treat photonuclear reactions only up to 150 MeV because giant-dipole resonance and quasideuteron reaction were considered. When a high energy photon above 150 MeV induces photonuclear reaction with nucleus, nucleon resonance is produced followed by pion production. In this research, pion-production total cross section for every nucleus is determined using the systematics considering nuclear medium effect and shadowing effect of each nucleus. The process of pion production such as resonance and its decay is simulated, and subsequently emitted pion(s) and proton/neutron are transported in the JQMD model of the PHITS code. As a benchmark test the PHITS calculation results are compared with the experimental data of photon-incident proton/neutron-emission cross sections.