RCNP高エネルギー白色中性子照射場におけるPHITSコードの妥当性検証

Validation of PHITS code at the high-energy white-neutron irradiation field of RCNP

佐藤 大樹   ; 安部 晋一郎   ; 神田 浩樹*; 永山 啓一*; 福田 光宏*; 依田 哲彦*; Zhao, H.*; 松井 昇大郎*; 小林 信之

Satoh, Daiki; Abe, Shinichiro; Kanda, Hiroki*; Nagayama, Keiichi*; Fukuda, Mitsuhiro*; Yorita, Tetsuhiko*; Zhao, H.*; Matsui, Shotaro*; Kobayashi, Nobuyuki

大阪大学核物理研究センター(RCNP)にて、宇宙線由来の中性子による半導体ソフトエラー評価に利用できる高エネルギー白色中性子場の大強度化を進めている。これまでに、放射線挙動解析コードPHITSを活用して、従来の10倍の強度(約10A)を持つ392MeV陽子ビームに対応した中性子生成標的等を設計・導入した。本研究では、実施設で取得した測定データに基づき、PHITS計算の妥当性を検証する。PHITSの計算体系は、RCNP施設の図面をもとに構築した。放射線輸送計算には、PHITSのデフォルトであるINCL模型およびJENDL-5を用いた。測定では、高エネルギー中性子対応の減速型モニタWendi-2と有機シンチレータベースのDARWINを用いて、中性子とガンマ線の線量率を複数地点で取得した。その結果、PHITSの計算値は、半導体照射位置における中性子フルエンス率を適切に再現することを明らかにした。また、半導体照射実験時の測定機器設置を想定して配置した遮蔽体後方において、中性子およびガンマ線の線量率データとそれぞれ5%および15%以内で一致することを示した。

The Research Center for Nuclear Physics (RCNP) at Osaka University is planning to increase the intensity of the high-energy white neutron field that can be used to analyze semiconductor soft errors caused by cosmic ray-derived neutrons. Using the PHITS code, we had designed and installed a neutron-producing target, beam dumps, collimators, etc., applicable to the 392 MeV proton beam with 10 times higher intensity (about 10A) than the current one. In this study, the accuracy of the PHITS simulations was confirmed based on the data measured at the real facility. The simulation geometry was constructed according to the drawings of the facility. The INCL model and JENDL-5 were used for the radiation transport simulations. Neutron and gamma-ray dose rates were measured at several locations using the Wendi-2 and DARWIN monitors. As a result, PHITS well reproduced the neutron fluence rates at the semiconductor irradiation location, and the simulated values agreed with the measured neutron and gamma-ray dose rates within 5 and 15%, respectively, behind the shielding.