粒子輸送計算コードPHITSと宇宙線スペクトル予測モデルPARMAの紹介

Introduction of particle transport code PHITS and analytical model for estimating the atmospheric cosmic-ray spectra PARMA

安部 晋一郎   ; 佐藤 達彦   

Abe, Shinichiro; Sato, Tatsuhiko

巨大構造物の内部イメージングや核物質検知など、二次宇宙線ミュオンラジオグラフィに関する研究が活発に行われている。ミュオンラジオグラフィに要する期間の見積もりや測定系の最適化を行う際、シミュレーションは有用な手段となる。本稿では、物質中でのミュオンの挙動を解析するプログラムとして粒子輸送計算コードPHITS及びミュオンを含む大気圏内宇宙線スペクトル予測モデルPARMAについて、各コードの概要を説明するとともに、それぞれのベンチマーク結果を示す。PHITSのベンチマークとしては、地中での環境ミュオン透過フラックスを非常に良く再現する結果が得られている。また、ミュオンと物質との相互作用反応からの粒子生成についても概ね良く再現することを示した。これにより、ミュオンラジオグラフィのシミュレーションへのPHITSの実用性を実証した。次に、PARMAについてベンチマークを行った結果、様々な地点における宇宙線フラックスを良く再現できることを示した。特に、ミュオンラジオグラフィで重要となる大角度の天頂角および高エネルギー領域のフラックスに関して、PARMAは測定値と非常に良く合致することを明らかにした。

Some researchers actively investigate secondary cosmic-ray muon radiography for imaging of large structures, detecting nuclear matter, and so on. The simulation is one of effective methods to estimate the required time for muon radiography or to optimize detection system. In this report, we introduce particle transport code PHITS and analytical model for estimating the atmospheric cosmic-ray spectra PARMA. Benchmark results are also shown. PHITS describes intensities of terrestrial muons in the ground well. PHITS also shows good agreement with measured data for particle generations from several interactions between muon and material. These results indicate the practicability of PHITS for simulation of muon radiography. PARMA reproduces cosmic-ray spectra on several spots well. Excellent agreement is seen between the measurements and PARMA for muon fluxes with large zenith angles and high energies, which are important for muon radiography.