Implementing displacement damage calculations for electrons and rays in the Particle and Heavy-Ion Transport code System

電子及び線に関するはじき出し損傷計算手法の粒子・重イオン輸送計算コードシステムへの組み込み

岩元 洋介   

Iwamoto, Yosuke

電子及び線照射による原子当たりのはじき出し数(DPA)を計算するため、粒子・重イオン輸送計算コードシステム(PHITS)のモンテカルロはじき出し損傷計算手法を改良した。電子及び線の損傷について、PHITSはEGS5アルゴリズムを用いて電磁カスケードを模擬し、電子に対する反跳原子のエネルギーからDPA値を計算する。PHITSとモンテカルロ支援の古典的手法(MCCM)による計算の比較から、10MeV以下の線照射によるシリコン及び鉄のDPA値について、両者の計算値はよく一致することがわかった。10MeV以上において、PHITSは電子だけでなく光核反応から生成する荷電粒子によるDPA値を計算できる。30GeV以上の陽子照射による90cm厚さの炭素の損傷において、全DPA値に対する二次電子のDPA値の割合は10%以上であり、入射エネルギーが増えるにつれてその割合は増加することがわかった。

In this study, the Monte Carlo displacement damage calculation method in the Particle and Heavy-Ion Transport code System (PHITS) was improved to calculate displacements per atom (DPA) due to irradiation by electrons and rays. For the damage due to electrons and rays, PHITS simulates electromagnetic cascades using the EGS5 algorithm and calculates DPA values using the recoil energies. A comparison of DPA values calculated by PHITS and the Monte Carlo assisted Classical Method (MCCM) reveals that they were in good agreement for -ray irradiations of silicon and iron at energies that were less than 10 MeV. Above 10 MeV, PHITS can calculate DPA values not only for electrons but also for charged particles produced by photonuclear reactions. For irradiation of 90-cm-thick carbon by protons with energies of more than 30 GeV, the ratio of the secondary electron DPA values to the total DPA values is more than 10% and increases with an increase in incident energy.