PHITSにおける有機シンチレータの中性子応答解析機能の整備

Development of a new function to analyze neutron responses of organic scintillators in PHITS

佐藤 大樹   ; 佐藤 達彦   

Satoh, Daiki; Sato, Tatsuhiko

有機シンチレータを用いた中性子測定において、シンチレータの応答関数や検出効率を評価することは、中性子の絶対収量を決定する上で重要となる。原子力機構では、この評価に利用する計算コードSCINFUL-QMDを開発しており、無償公開されたコードは国内外において広く利用されてきた。しかし、SCINFUL-QMDは、計算対象として真空中に配置した円筒形のシンチレータしか取り扱えず、検出器架台や周辺器具からの寄与を含めた評価はできない。そこで本研究では、機構が開発する汎用放射線輸送計算コードPHITSに、SCINFUL-QMDで開発した機能を実装し、実際の実験環境に合った応答関数および検出効率の評価ができるようにPHITSを拡張した。まず、中性子と炭素原子核との核反応計算のため、SCINFUL-QMDで使われた多体崩壊理論に基づく模型をPHITSに組み込んだ。また、核反応模型使用時の水素および炭素原子核の中性子断面積として、精度の不十分であった既存のデータや系統式から、評価済み核データライブラリJENDL/HE-2007の断面積データを利用可能にした。さらに、生成荷電粒子の運動エネルギーからシンチレータの光出力を算出する機能を追加し、応答関数および検出効率を評価するためのユーザー定義タリーを整備した。この結果、PHITSは中性子と炭素原子核との核反応をより精度よく模擬できるようになり、応答関数および検出効率の実験データを適切に再現した。本研究の成果により、有機シンチレータの応答解析においても、PHITSの利用が拡大することが期待される。

Neutron-response functions and detection efficiencies of an organic scintillator are very important to determine the absolute yields of neutrons detected by the scintillator. While SCINFUL-QMD is a well-known computer code to calculate the responses and efficiencies, the code targets only a scintillator with right-circular cylinder put in a vacuum space. In this study, we incorporated the functions of SCINFUL-QMD for estimating responses and efficiencies into a generalized particle transport code PHITS. The nuclear-reaction model of SCINFUL-QMD based on a multi-body breakup theory was employed in PHITS, and the cross-section data of hydrogen and carbon nuclei were upgraded using the data of JENDL/HE-2007. In addition, tables to convert kinetic energy of charged particles to light outputs were installed and a user-defined tally of PHITS to control response and efficiency calculations was developed. The present results demonstrated that PHITS can be applied to neutron-response and detection-efficiency evaluations.