ミューオン輸送のPHITSシミュレーション

PHITS simulation for transport of muons

安部 晋一郎   ; 佐藤 達彦   

Abe, Shinichiro; Sato, Tatsuhiko

最近、ミューオン相互作用(制動放射、電子・陽電子対生成、ミューオン光核反応、負ミューオン捕獲反応)の計算モデルが現在開発中のPHITSに実装された。この計算モデルのベンチマークおよび応用研究について、原子力学会の核データ部会セッションで報告する。ベンチマークを行った結果、地中での環境ミューオン透過フラックスについて、PHITSは測定値を非常によく再現した。また、ミューオン核反応からの粒子生成に関しても実験値との概ね良い一致が得られたが、鉛標的からの中性子生成に関しては実験値を過小評価することがわかった。計算モデルを利用した応用研究として、負ミューオン捕獲反応による長寿命放射性核種の核変換および二次宇宙線ミューオン起因ソフトエラーに関するシミュレーションを進めた。核変換に関しては、PHITS計算で得られた変換効率を用いて核変換に要する時間を概算し、その実現には非常に高強度のミューオン源が必要となることを明らかにした。二次宇宙線ミューオン起因ソフトエラーに関しては、負ミューオン捕獲反応がソフトエラーの主因であることを示した。

Recently, we have implemented models of muon interactions (i.e., bremsstrahlung, electron-positron pair production, muon photonuclear interaction, and negative muon capture reaction) into PHITS. We will report benchmark and application results for these models. PHITS described vertical intensities of terrestrial muons in the ground well. PHITS reproduces productions of secondary particles from muon interaction with light and intermediate nuclei target even though that from Pb target cannot reproduced well. Nuclear transmutation by negative muon capture reaction has been investigated. From a rough estimate with transmutation ratio calculated by PHITS, we conclude that much higher intensity of negative muon source is required for transmutation by negative muon capture reaction. We have also investigated secondary cosmic-ray muon-induced soft errors. It is clarified that the muon-induced soft error is mainly caused by negative muon capture reaction.