Estimation method of systematic uncertainty associated with uncertainty of total cross section model in PHITS

PHITSにおける全断面積モデルの不定性に関連する系統的不確かさ評価法

橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   

Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko

モンテカルロ法に基づいた粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器施設の遮蔽計算等の目的で多く利用されている。PHITSの計算結果の信頼性を定量的に評価するためには、計算の試行回数に関連する統計的不確かさと、輸送計算で使用される全断面積モデル等の不定性に起因する系統的不確かさの両方を評価する必要がある。我々は、統計学的手法である分散分析を導入することで、計算結果の分散から統計的および系統的不確かさを同時に推定することを可能とさせた。また、ベイズの定理に基づいたKALMANコードを利用することで、内部パラメータが不確かさの幅を持つ全断面積モデル開発した。ここで、不確かさの幅は実験値の誤差と対応しており、幅の範囲で内部パラメータを変動させながら輸送計算を実行することにより、モデルの不定性に起因する系統的不確かさを適切に評価することが可能となる。

The PHITS code based on the Monte Carlo method has been successfully applied to analysis of radiation shielding in accelerator facilities. The reliability of results obtained by PHITS should be evaluated by systematic uncertainties caused by the uncertainty in total cross section model as well as statistical uncertainties associated with the number of trials. We can estimate the systematic uncertainty in the calculated results by using a statistical method ANOVA (analysis of variance). Furthermore, we developed a new total cross section model, whose internal parameters have widths to express the model uncertainty. By the KALMAN code based on the Bayes' theorem, we determined the widths comparing errors of experimental data. By performing the transport calculations with variation of the internal parameters within the widths, the systematic uncertainty associated with the model uncertainty can be estimated from the variance of calculated results.