A Step-by-step simulation code for estimating yields of water radiolysis species based on electron track-structure mode in the PHITS code

PHITS電子飛跡構造解析モードの水に対する放射線分解による収量推定用シミュレーションコード

松谷 悠佑  ; 吉井 勇治*; 楠本 多聞*; 赤松 憲*; 平田 悠歩   ; 佐藤 達彦   ; 甲斐 健師   

Matsuya, Yusuke; Yoshii, Yuji*; Kusumoto, Tamon*; Akamatsu, Ken*; Hirata, Yuho; Sato, Tatsuhiko; Kai, Takeshi

水の放射線分解における化学生成物の時間依存性は、電離放射線へ被ばくした後のDNA損傷応答を評価する際に重要な役割を果たす。粒子および重イオン輸送コードシステム(PHITS)は、放射線輸送のための汎用モンテカルロシミュレーションコードであり、物理過程であるイオン化や電子励起などの原子相互作用を計算することができる。しかし、水の放射線分解生成物をシミュレートするための化学コードはPHITSパッケージには存在しない。本研究では、電子線による水の放射線分解生成物(OHラジカル、e、H、HOなど)のG値を計算できるPHITS専用の化学シミュレーションコード(PHITS-Chemコード)を開発した。その結果、開発したPHITS-Chemコードは1 sまでのG値の測定値や他のシミュレーション値と一致することが確認できた。また、このコードは、OHラジカルスカベンジャー存在下での様々な化学生成物のシミュレーションや、DNA損傷誘発に対する直接的および間接的な影響の寄与を分析にも役立つ。このコードは原子力機構が主となり開発を進めるPHITSパッケージに内包され、8000名以上のユーザーに提供される予定である。

Time-dependent yields of chemical products resulted in water radiolysis play a great role in evaluating DNA damage response after exposure to ionizing radiation. Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) is a general-purpose Monte Carlo simulation code for radiation transport, which allows to determine several atomic interactions such as ionizations and electronic excitations as physical stage. However, a chemical code for simulating products of water radiolysis does not exist in the PHITS package. Here, we developed a chemical simulation code dedicated for the PHITS code, hereafter called PHITS-Chem code, which enables calculating G values of water radiolysis species (OH radical, e, H, HO etc) by electron beams. The estimated G values during 1 s are in agreement with the experimental ones and other simulations. This PHITS-Chem code enables simulating the dynamics in the presence of OH radical scavenger, and is useful for evaluating contributions of direct and indirect effects on DNA damage induction. This code will be included and be available in the future version of PHITS.