Introduction of radiation damage estimation in high energy region using the PHITS code

PHITSコードを用いた高エネルギー領域における放射線損傷評価の紹介

岩元 洋介   

Iwamoto, Yosuke

高エネルギー加速器施設に含まれる機器等の放射線による照射損傷の指標として、DPA(原子あたりの平均はじき出し数)があり、この評価精度が施設の設計や運転管理に大きく影響する。粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの照射損傷モデルは、陽子エネルギー約20MeVを超える領域で核反応により発生する荷電粒子, パイオン, ミューオン等の二次粒子の照射損傷への寄与を計算することが可能で、適応可能なエネルギー範囲は、eV領域からTeV領域と極めて広い。PHITSのJ-PARCニュートリノ実験施設設計への適用を図るため、GeV領域のエネルギーを持つ陽子を炭素, ベリリウム, チタン等に照射したときのDPAを計算し、PHITSが同施設の照射損傷評価に利用可能であることを示した。また、120GeVの陽子をベリリウムへ照射したときのPHITSの計算値は、米国のフェルミ国立加速器研究所で開発中のMARSコードの計算値とよく一致することがわかった。

Radiation damage of materials in accelerator facilities is usually estimated with the average number of displaced atoms per atoms in a material, DPA. The accuracy of DPA values affect the facility design and the maintenance of operation. The radiation damage model in PHITS can treat the effects of secondary particles which include all particles created from the nuclear reactions with energies over about 20 MeV. The applicable energy range of this model is from eV to TeV. To spread PHITS to the design of the J-PARC neutrino experimental facilities, I calculated DPA values in carbon, beryllium, titanium under proton irradiation with GeV energy region and indicated that PHITS is available for radiation damage estimations in these facilities. I also found that DPA values of beryllium under 120 GeV proton irradiation calculated with PHITS give good agreements with those with MARS code which has been developed in Fermi National Accelerator Laboratory.