核反応断面積モデルを用いたPHITSの計算結果における系統誤差の評価

Estimation of systematic uncertainty in calculated results by PHITS with nuclear reaction cross section model

橋本 慎太郎  ; 岩本 修  ; 佐藤 達彦   ; 仁井田 浩二*

Hashimoto, Shintaro; Iwamoto, Osamu; Sato, Tatsuhiko; Niita, Koji*

様々な放射線挙動を模擬できる粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器施設の遮へい計算等の広い分野で利用されている。ただし、その計算結果の信頼性を確認するためには、計算に用いた試行回数から評価する統計誤差に加えて、核反応を核データや核反応モデルで模擬する際の不定性に起因する系統誤差も評価する必要がある。既に、我々は20MeV以下の中性子の核データが含む不定性が、遮へい計算の結果の変動に与える影響を解析する手法を開発した。本研究ではそれを発展させ、20MeV以上の中性子にも適用できるよう、これらの粒子の輸送計算に関係する核反応断面積モデルの不定性を評価した。系統誤差を求める際は、不定性の範囲内で断面積を増減させた複数のPHITS計算を実行し、得られた複数の結果における変化量をモデル由来の誤差とみなす。開発した手法を拡張させて、100MeV中性子の遮へい計算における系統誤差を評価した。その結果、中性子フルエンスの計算結果に伴う系統誤差は、遮へい材中の散乱の回数に応じて増加する傾向を確認した。

PHITS has been used for many purposes such as radiation shielding in accelerator facilities. The PHITS result includes not only statistical error related to the number of trials in the Monte Carlo method but also systematic error attributed to uncertainty of nuclear data and nuclear reaction model. In the previous study, we developed a method to estimate the influence of uncertainty of nuclear data for neutrons below 20 MeV on PHITS results. In this study, we evaluated uncertainty of a cross section model to also consider neutrons above 20 MeV. In the method, we change the cross section within the uncertainty, and execute PHITS using each cross section. Because the result depends on the cross section, we regard its variance as the systematic error. We applied the method to estimate the systematic error of 100 MeV neutron flux in neutron shielding calculations. The systematic error of the calculated flux depends on the depth in shielding material due to the number of scattering.