放射線の挙動を原子サイズで計算できるPHITSの新機能

New feature of PHITS dedicated to calculate the atomic-size transport of radiation

小川 達彦   ; 平田 悠歩   ; 松谷 悠佑  ; 甲斐 健師   

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

入射荷電粒子が二次電子を生じる過程を原子サイズで明示的に計算する飛跡構造解析計算は、放射線生物影響,材料照射効果,放射線検出などの研究にとって重要な技術であり、近年主著者らの研究で新しい飛跡構造解析計算コードが開発された。従来の飛跡構造解析計算は標的物質の誘電関数を基に断面積を計算するため、誘電関数が良く測定されている水以外に、適用できるモデルは限られていた。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。こうして開発したモデルで、陽子による水中の動径線量分布や二次電子生成量を計算したところ、従来のコードや実験値とよく一致した。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ている。

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.