ミクロな線量付与に着目した蛍光体放射線検出器の応答予測モデルの開発

Development of response prediction model for luminescence radiation detectors focusing on the microscopic energy deposition

平田 悠歩   ; 甲斐 健師   ; 小川 達彦   ; 松谷 悠佑  ; 佐藤 達彦   

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

蛍光現象を利用する蛍光体放射線検出器は多様な用途へ応用されているが、高い線エネルギー付与を持つ放射線に対し検出効率の低下をもたらす消光効果が知られている。本研究では、蛍光体放射線検出器の応答を放射線粒子輸送計算コードであるPHITSにより予測、解析可能な機能を開発した。まず、PHITSのミクロ線量計算機能を用いて、蛍光体の応答を予測するモデルを開発した。開発したモデルは線質の異なる様々な粒子線に対して蛍光体の発光効率の実測値を再現した。また、消光効果のような検出器応答が変化する物理的なメカニズムを解明するためには、放射線のエネルギーが検出器出力に変換されるまでの過程を調べる必要がある。そこで、検出器の素材で広く使われるSiを対象として、電子線の挙動を詳細に追跡する電子線飛跡構造解析コードを開発した。開発したコードを用いてSi内の電子線の挙動を計算した結果、飛程や電子発生数などの基礎的な物性値が文献値や実験値と一致した。以上のように、蛍光体放射線検出器の応答メカニズムの解析に有用な予測モデルの開発に成功した。

Luminescence detectors (LD) are widely used for evaluating the radiation field, however, these detectors show a decrease in sensitivity to high-energy charged particles. We developed predicting and analyzing functions of the LD response using PHITS. First, we predicted the detector response using the microdosimetric function installed in PHITS. We reproduced the response of the LD to some of the high-energy charged particles. To analyze the physical process of the change of detector response, the investigation of the radiation behavior in the detector material is necessary. We developed the track structure code applied to Si which is widely used as detector materials. The developed code reproduced the electron behavior in Si, such as the electron ranges, and the number of emitted electrons. We developed a model which can predict the response mechanism of the luminescence radiation detector.