ブートストラップ法を利用したPHITSにおける系統的不確かさの評価

Estimation of systematic uncertainty in PHITS using bootstrap method

橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   

Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko

様々な放射線の挙動を模擬できる粒子輸送計算コードPHITSは、加速器施設の遮蔽計算等で広く利用されている。我々は、計算結果の信頼性を系統的不確かさとして評価するための機能を開発しており、不確かさの分布が正規分布となることを仮定する分散分析に基づいた評価方法を提案した。一方、核反応モデルの不定性を起源とする系統的不確かさは、モデルの不定性が偏った分布をもつ可能性がある。そこで、本研究では統計学的手法であるブートストラップ法を適用し、信頼性を表す指標となる95%信頼区間を推定した。ブートストラップ法は限られた個数の計算結果から重複を許してリサンプリングすることで、仮想的な多数の結果を用意し各種の統計量を推定する。本手法を非正規分布の結果を示す中性子の遮蔽計算に適用したところ、正規分布を仮定した信頼区間よりブートストラップ法により求めた区間の方が適切に評価された。しかし、リサンプリングの基となった遮蔽計算の結果と比べると、ブートストラップ法の結果は幅が狭くなる傾向を示した。

Particle transport simulation code PHITS has been successfully applied to shielding calculations in accelerator facilities. We developed a function to estimate reliability of PHITS results as systematic uncertainty based on ANOVA (analysis of variance), where it is assumed that the results show a normal distribution. In this study, we applied the bootstrap method to analysis of non-normal distribution, which is rarely caused when uncertainty of nuclear reaction models has the biased distribution. The confidence interval estimated by the bootstrap method was more appropriate than that obtained by the assumption of the normal distribution for use as an indicator of the reliability of a PHITS result in a neutron shielding calculation. However, the interval by the bootstrap method was narrow compared to the distribution of the original result.