Benchmark study of particle and heavy-ion transport code system using shielding integral benchmark archive and database for accelerator-shielding experiments

加速器遮蔽実験に関する遮蔽積分ベンチマークアーカイブデータベースを用いた粒子・重イオン輸送計算コードシステムのベンチマーク研究

岩元 洋介   ; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   ; 松田 規宏  ; 国枝 賢  ; elik, Y.*; 古立 直也*; 仁井田 浩二*

Iwamoto, Yosuke; Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko; Matsuda, Norihiro; Kunieda, Satoshi; elik, Y.*; Furutachi, Naoya*; Niita, Koji*

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器施設の放射線遮蔽設計に広く利用されている。本研究では、NEA/NSCの遮蔽積分実験ベンチマーク・アーカイブデータベース(SINBAD)の中から、陽子加速器施設の中性子遮蔽実験に関するデータを用いて、最新のPHITSバージョン3.24の精度検証を行った。検証では、中性子源に用いる陽子入射核反応が(1)43及び68MeV陽子-リチウム、(2)52MeV陽子-炭素、(3)590MeV陽子-鉛、(4)500MeV陽子-タングステン、及び(5)800MeV陽子-タンタルの条件で、遮蔽体における中性子エネルギースペクトル及び反応率を計算した。その結果、PHITSの標準設定である核反応モデルINCL4.6を用いた計算結果は(1)及び(2)のケースの100MeV以下で実験値を再現しなかったが、高エネルギー核データライブラリJENDL-4.0/HEを用いた場合は全ケースで実験値を良く再現した。本検証により、陽子加速器施設における中性子遮蔽設計において、JENDL-4.0/HEを用いたPHITSの計算が有効であることが明らかになった。

A benchmark study of PHITS3.24 has been conducted using neutron-shielding experiments listed in the Shielding Integral Benchmark Archive and Database. Five neutron sources were selected, which are generated from (1) 43- and 68-MeV proton-induced reaction on a thin lithium target, (2) 52-MeV proton-induced reaction on a thick graphite target, (3) 590-MeV proton-induced reaction on a thick lead target, (4) 500-MeV proton-induced reaction on a thick tungsten target, and (5) 800-MeV proton-induced reaction on a thick tantalum target. For all cases, overall agreements in the results are satisfactory when using the JENDL-4.0/HE to simulate neutron- and proton-induced reactions up to 200 MeV. However, discrepancies using PHITS default settings are observed in the results. For an accurate neutron-shielding design for accelerator facilities, using JENDL-4.0/HE in the particle and heavy-ion transport code system calculation is favorable.