PHITSと断面積データを用いた加速器中性子源によるRI生成量の解析

Analysis of radioisotope production using accelerator neutron sources by PHITS and cross section data

橋本 慎太郎  ; 永井 泰樹*; 湊 太志   ; 塚田 和明  

Hashimoto, Shintaro; Nagai, Yasuki*; Minato, Futoshi; Tsukada, Kazuaki

加速器中性子源を利用したRI製造に関する研究は、医療用RIを安定供給するための重要な課題の一つである。我々は、(d,n)反応の中性子をサンプルに照射して生成されるRIを実験的に測定すると共に、PHITSと断面積データを用いた理論的な評価法を開発した。この様な中性子によるRI生成の実験例は過去に無く、実験と理論の比較は初めての試みとなる。理論値は実験体系をPHITSで模擬して求めた。PHITSによりサンプル中の粒子の減衰等を考慮することができる。また、Be(d,n)反応と放射化にそれぞれ実験値と評価済み核データ(JENDL-4.0/HE)を利用することで結果の信頼性向上を図った。実験では、ZnOサンプル中に、中性子反応によるCuだけでなく、陽子反応によるGaも検出された。PHITSと比較すると理論値が実験値を最大3倍の範囲で再現しており、十分な予言力があることがわかった。また、サンプルをエチレンブロックで囲んだ時にGa等の生成量が数10倍増加するという実験結果が得られたが、理論的にこの効果を再現することはできなかった。ブロックからの散乱線に関する核反応の再現性が原因だと考えられるため、その検討結果も報告する。

Study for radioisotopes (RIs) production using accelerator neutron sources plays an important role in development of production method to supply stably RIs for medical use. We measured yields of not only Cu produced by neutrons but also Ga by protons in ZnO samples irradiated by neutrons from Be(d,n) reaction with 40-50 MeV deuterons, and developed a powerful method to estimate the yields using a general purpose Monte Carlo particle transport simulation mode PHITS with cross section data of the (d,n) reaction and JENDL-4.0/HE. We found a good agreement between new measured yields and estimated results within a factor of 3. Furthermore, we experimentally observed that yields of Ga are enhanced by covering the samples with polyethylene blocks. However, PHITS cannot reproduce the enhancement probably due to insufficient description of scattered neutrons form the blocks in the calculation.