検出器応答予測のための飛跡構造計算モデル開発

Development of track structure calculation mode for detector response simulation

小川 達彦   ; 平田 悠歩   ; 松谷 悠佑  ; 甲斐 健師   

Ogawa, Tatsuhiko; Hirata, Yuho; Matsuya, Yusuke; Kai, Takeshi

入射荷電粒子が標的物質にエネルギーを付与する過程を明示的に計算する飛跡構造解析計算は、放射線検出器物理にとって重要な技術である。しかし、従来の飛跡構造解析計算は標的物質の誘電関数を基に行われており、水以外の誘電関数はあまりよく知られていないために、放射線検出器に使われるガラス,ガス,有機高分子などには使えない問題があった。そこで本研究では誘電関数を使うことなく、二次電子エネルギー分布の系統式と阻止能を基に飛跡構造解析計算を行う手法を考案した。これにより、誘電関数の測定値の有無にかかわらず、任意の物質で飛跡構造解析計算を実行することを可能とした。この手法で、標準的な検証データである陽子の水中の飛程や、エネルギー付与の動径方向分布を計算したところ、従来のコードや実験値とよく一致することも確認できている。さらに、このモデルでケイ素中の陽子線による放射線飛跡を計算すると、従来法による計算に比べて格段に空間分解能が向上することを確認できた。このモデルは原子力機構の放射線輸送計算コードであるPHITS Ver3.25以降に実装され、任意物質に適用できる世界初の汎用飛跡構造解析コードとしてユーザーに提供される予定である。

Track-structure calculation, a method to simulate every secondary electron production reaction explicitly, has been extensively used as an important techniques in various fields such as radiation biology, material irradiation effect, and radiation detection. However, it requires the dielectric function of the target materials, which is not well known except for liquid water. Therefore we developed a model to perform track-structure calculation based on a systematic formula of secondary electron production cross section and that of stopping power. The model can therefore perform track-structure calculation regardless of the availability of dielectric function measurement data. Stopping range, and energy deposition radial distribution calculated by this model agreed well with the earlier experimental data and calculation by precedent codes. The lineal energy in tissue-equivalent gas calculated by this model agreed with measurement data taken from literature, showing distinct difference from that in liquid water. This model was implemented to PHITS Ver3.25, the general-purpose radiation transport simulation code of JAEA, being distributed to users as the first track-structure calculation model applicable to arbitrary materials available in general-purpose transport code.