Intercomparison of radiation damage calculations in target materials at proton accelerator facilities using various Monte Carlo particle transport codes

様々なモンテカルロ粒子輸送コードを用いた陽子加速器施設における標的材料の放射線損傷計算の相互比較

岩元 洋介   ; elik, Y.*; Cerutti, F.*; Froeschl, R.*; Lorenzon, T.*; Mokhov, N.*; Pujol, F. S.*; Vlachoudis, V.*; Yao, L.

Iwamoto, Yosuke; elik, Y.*; Cerutti, F.*; Froeschl, R.*; Lorenzon, T.*; Mokhov, N.*; Pujol, F. S.*; Vlachoudis, V.*; Yao, L.

大強度陽子加速器施設において、陽子ビームの標的への照射で生成する二次粒子が、材料科学,放射線治療,物理学研究等の分野で広く利用されている。陽子加速器施設の設計等において、FLUKA, MARS, MCNP, PHITS等のモンテカルロ(MC)粒子輸送計算コードを用いて、標的の放射線損傷量に関連する指標として、原子はじき出し数(DPA),エネルギー付与,粒子フルエン等の計算が必要となる。ここで、利用されているMCコードにおける陽子と標的の核反応モデル等は異なるため、損傷量の計算結果の相互比較及び検証が重要となる。本研究では、これらMCコードを用いて、(1)30MeVの陽子をベリリウム標的に照射する中性子源、(2)800MeVの陽子をタングステン標的に入射する米国ロスアラモス国立研究所の核破砕中性子源、(3)30GeVの陽子を黒鉛標的に照射するJ-PARCのニュートリノ源、及び(4)120GeV陽子を銅標的に入射する米国フェルミ国立加速器研究所の反陽子源を想定した損傷量の計算を行い、各MCコードによる計算結果の相互比較を実施することとした。本会合では、相互比較の詳細、結果を報告する。

Secondary particles produced by irradiating a target with a proton beam from a proton accelerator are widely used in the fields of physics research. In the design of proton accelerator facilities, it is necessary to calculate DPA, energy deposition, particle fluence, etc., related to the radiation damage dose to the target using Monte Carlo (MC) particle transport codes such as FLUKA, MARS, MCNP, and PHITS. Therefore, it is important to intercompare and verify the results of damage calculations using these MC codes. In this study, using these MC codes, we calculate damage dose with four sources: (1) a neutron source that irradiates a beryllium target with 30 MeV protons, (2) a spallation neutron source at LANL that injects 800 MeV protons into a tungsten target, (3) a neutrino source at J-PARC that injects 30 GeV protons into a graphite target, (4) an antiproton source at FNAL, which injects 120 GeV protons into a copper target, and compare the calculation results with each MC code.