Benchmark study of the recent version of the PHITS code

最新版PHITSコードのベンチマーク研究

岩元 洋介   ; 佐藤 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 小川 達彦   ; 古田 琢哉   ; 安部 晋一郎   ; 甲斐 健師   ; 松田 規宏  ; 細山田 龍二*; 仁井田 浩二*

Iwamoto, Yosuke; Sato, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Ogawa, Tatsuhiko; Furuta, Takuya; Abe, Shinichiro; Kai, Takeshi; Matsuda, Norihiro; Hosoyamada, Ryuji*; Niita, Koji*

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器遮蔽設計、医学物理計算など様々な目的で利用されている。本研究では、最新のPHITSバージョン2.88を用いて、核反応による粒子生成断面積、中性子輸送計算、電磁カスケード等に対する58ケースのベンチマーク計算を実施した。本稿では、このうち特徴的な結果を示した22のケースについて詳細に報告する。ベンチマーク計算の結果、100MeV以上の陽子、中性子、重イオン等の入射反応や電磁カスケードについては、PHITSによる計算結果は実験値を概ね再現した。一方、100MeV未満の粒子入射反応は、PHITSが設定を推奨している核内カスケードモデルINCL4の適用範囲外のエネルギー領域であるため、再現性が悪いことが確認された。また、100MeV以上の陽子入射反応のうち、核分裂成分の収率に対して、蒸発モデルGEMの高エネルギー核分裂過程の取り扱いの問題から実験値を再現しない場合があった。これらの課題は、評価済み核データJENDL4.0/HEをPHITSに組み込むこと等で改善していく予定である。以上のように、本研究でPHITSの様々な適用分野における計算精度を検証するとともに、今後の効率的な改善に重要な指針を得ることができた。

We performed a benchmark study for 58 cases using the recent version 2.88 of the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) in the following fields: particle production cross-sections for nuclear reactions, neutron transport calculations, and electro-magnetic cascade. This paper reports details for 22 cases. In cases of nuclear reactions with energies above 100 MeV and electro-magnetic cascade, overall agreements were found to be satisfactory. On the other hand, PHITS did not reproduce the experimental data for an incident proton energy below 100 MeV, because the intranuclear cascade model INCL4.6 in PHITS is not suitable for the low-energy region. For proton incident reactions over 100 MeV, PHITS did not reproduce fission product yields due to the problem of high-energy fission process in the evaporation model GEM. To overcome these inaccuracies, we are planning to incorporate a high-energy version of the evaluated nuclear data library JENDL-4.0/HE, and so on.