Recent improvements of the Particle and Heavy Ion Transport code System; PHITS version 3.33

佐藤 達彦; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 小川 達彦; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 甲斐 健師; 松谷 悠佑; 松田 規宏; 平田 悠歩; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 9 Pages, 2023/00

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2275736

放射線挙動解析コードPHITSは、モンテカルロ法に基づいてほぼ全ての放射線の挙動を解析することができる。その最新版であるPHITS version 3.31を開発し公開した。最新版では、高エネルギー核データに対する親和性や飛跡構造解析アルゴリズムなどが改良されている。また、PHIG-3DやRT-PHITSなど、パッケージに組み込まれた外部ソフトウェアも充実している。本論文では、2017年にリリースされたPHITS3.02以降に導入された新しい機能について説明する。

Features of particle and heavy ion transport code system (PHITS) version 3.02

佐藤 達彦; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 小川 達彦; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 甲斐 健師; Tsai, P.-E.; 松田 規宏; 岩瀬 広*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(6), p.684 - 690, 2018/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2017.1419890

粒子・重イオン輸送計算コードPHITS Version 3.02を開発して公開した。核反応モデルや原子反応モデルを改良することにより、適応エネルギー範囲や精度を向上させた。また、計算効率を向上させる新しいタリーや、放射性同位元素を線源とする機能、医学物理分野にPHITSを応用する際に有用となるソフトウェアなど、様々なユーザーサポート機能を開発して、その利便性を大幅に向上させた。これらの改良により、PHITSは、加速器設計、放射線遮へい及び防護、医学物理、宇宙線研究など、幅広い分野で3000名以上のユーザーに利用されている。本論文では、2013年に公開したPHITS2.52以降に追加された新機能を中心に紹介する。

PHITS version 2.88の特徴

佐藤 達彦; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 小川 達彦; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 甲斐 健師; 松田 規宏; 岩瀬 広*; 仁井田 浩二*

放射線, 43(2), p.55 - 58, 2017/05

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、原子力機構が中心となって開発しているモンテカルロ放射線輸送計算コードである。PHITSには、様々な物理モデルやデータライブラリが含まれており、ほぼ全ての放射線の挙動を1TeVまで解析可能である。これまでに、放射線施設の設計、医学物理計算、放射線防護研究、宇宙線・地球惑星科学など、工学,医学,理学の様々な分野で国内外2,500名以上の研究者・技術者に利用され、現在もその応用範囲は拡がっている。本稿では、その最新版であるPHITS2.88の特徴をまとめる。

Impact of PHITS spallation models on the neutronics design of an accelerator-driven system

岩元 大樹; 西原 健司; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 松田 規宏; 佐藤 達彦; 原田 正英; 前川 藤夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1585 - 1594, 2016/10

https://doi.org/10.1080/00223131.2016.1140598

The impact of different spallation models and parametrisations of nucleon-nucleus interactions in PHITS on nuclear characteristics of an accelerator-driven system (ADS) is investigated. Cut-off neutrons below 20 MeV calculated by a current default option of the spallation model (i.e., Lige Intranuclear Cascade (INC) model version 4.6, INCL4.6) are found to be 14% less than those by the old spallation model (it i.e. Bertini INC model). This decrease increases the proton beam current that drives the 800-MW thermal power, and impacts various ADS parameters, including material damage, nuclear heating of the proton beam window (PBW), and the inventory of spallation products. To validate these options based on the ADS neutronics design, we conduct benchmark calculations of the total and nonelastic cross sections, thick target neutron yields, and activation reaction rate distributions. The results suggest that Pearlstein-Niita systematics, which is a default option of the nucleon-nucleus interaction parametrisation, would be best option and that the Bertini INC is better suited for cut-off neutrons than INCL4.6. However, because of the difficulty in making a definite conclusion on the spallation models, we conclude that relatively large uncertainty in the cut-off neutrons, which is the difference between the two spallation models (i.e. 14%), should be considered.

X-ray absorption spectroscopy in the heavy Fermion compound -YbAlB at high magnetic fields

寺島 拓*; 松田 康弘*; 久我 健太郎*; 鈴木 慎太郎*; 松本 洋介*; 中辻 知*; 近藤 晃弘*; 金道 浩一*; 河村 直己*; 水牧 仁一朗*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(11), p.114715_1 - 114715_4, 2015/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.84.114715

-YbAlB shows strong valence fluctuation as well as heavy fermion behavior at low temperatures. It has been theoretically suggested that the quantum criticality owing to the valence fluctuation found in Yb ions plays an important role in the peculiar properties of this material. In this work, we measured the X-ray absorption spectra (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at the L3 edge of Yb ions in high magnetic fields of up to 40 T. It is found that the XAS are almost independent of the magnetic field at 2 K, which proves that there is no significant valence change in this field range. The XMCD spectrum exhibits a distinct negative peak at the low-energy side of the L3 edge as well as the main positive peak near the white line. The negative XMCD peak is attributed to the quadrupole transition between the 2p and 4f states, and gives us microscopic information on the 4f state. This finding supports the recent theoretical proposal that is the ground state of the localized Yb magnetic moment, where is the z-component of the total angular momentum of Yb.

Energy-dependent fragmentation cross sections of relativistic C

小川 達彦; 佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; 佐藤 大樹; 津田 修一; 仁井田 浩二*

Physical Review C, 92(2), p.024614_1 - 024614_14, 2015/08

AA2015-0260.pdf:2.96MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.92.024614

重イオンによる被ばくが生じる宇宙活動や重粒子線がん治療などの線量評価では、原子核-原子核反応のモデル化が重要となる。しかし、モデルの検証で必要な核反応による核種生成断面積は、エネルギーに対する系統的な測定例がほとんどなかった。そこで、本研究では厚いターゲットを使用して、炭素イオン照射により生成する様々なエネルギーの破砕片を多段のシンチレータに通して検知する測定法を開発した。この測定による結果から破砕片の電荷や質量、生成時のエネルギーを求め、破砕片生成断面積をエネルギーに対して系統的に明らかにした。また、放射線輸送計算コードPHITSは、原子核-原子核反応のモデルとして、JAERI量子分子動力学モデル(JQMD)を採用してきたが、数100MeV/uのエネルギーで原子核の中心同士が遠い場合の反応(周辺衝突反応)での核種生成を過小評価する問題があった。従来のJQMDは核子間に働く相互作用が相対論不変な形式になっていなかったため、実験室系から重心系への座標変換によって核子のエネルギーが変化し、原子核が反応前に励起・分解していた。そこで、核子間の相互作用を相対論不変な形式に直した改良型JQMD(JQMD2.0)を開発した。JQMD2.0を用いて計算したところ、フラグメント生成断面積の測定値のうち、特に周辺衝突反応で生成する核種の生成をより正確に再現した。

Overview of particle and heavy ion transport code system PHITS

岩元 洋介; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 古田 琢哉; 野田 秀作; 小川 達彦; 岩瀬 広*; 中島 宏; et al.

JAEA-Conf 2014-002, p.69 - 74, 2015/02

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Conf-2014-002.pdf#page=79

粒子・重イオン輸送計算コードシステムPHITSは、原子力機構を中心に、複数の国内外の研究機関の協力の下で開発が進められている。PHITSは、様々な核反応モデルやデータライブラリにより、中性子・陽子・重イオン・電子・光子等のほとんどの種類の粒子の輸送を取り扱うことができる。PHITSはFortran言語で記述されており、ソースプログラム、実行ファイル、データライブラリといった全ての構成要素が一つのパッケージにまとめられている。このパッケージは、国内へは高度情報科学技術研究機構、国外へは経済協力開発機構原子力機関のデータバンク、または米国放射線安全情報計算センターを通して、利用希望者へ配布されている。現在、1000人を超える研究者がPHITSユーザーとして登録されており、核技術、加速器施設の設計、医学物理といった様々な分野で利用している。本発表ではPHITSに組み込まれている物理モデルを簡単にまとめ、重要な機能のイベントジェネレータモード、データライブラリを用いた計算、適用例として材料の放射線損傷を計算するための機能を紹介する。また、PHITSのさらなる高度化に必要な核データコミュニティへの要望を示す。

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの特徴と医学物理分野への応用

橋本 慎太郎; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 岩元 洋介; 岩瀬 広*; 佐藤 達彦; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; et al.

医学物理, 33(2), p.88 - 95, 2013/10

http://ci.nii.ac.jp/naid/40019871744

粒子重イオン輸送計算コードPHITSは、任意の3次元空間における粒子の挙動を解析することができる汎用のモンテカルロ計算コードである。重イオンを含むほぼすべての粒子を非常に幅広いエネルギー範囲で取り扱うことができ、タリーと呼ばれる仮想の検出器を設定することで粒子フラックスやエネルギー付与などさまざまな物理量を導出することができる。さらに、最近、生体内の微視的領域のエネルギー付与を計算できるマイクロドジメトリタリー機能を開発し、医学物理分野における利用方法の幅が広がった。本稿では、2012年12月に公開した最新のPHITS2.52にある機能のうち、取り扱うことができる物理現象と核反応モデル、及びマイクロドジメトリタリー機能について解説する。加えて、医学物理分野においてPHITSを用いて得られた近年の成果として、マイクロドジメトリタリー機能を用いた新しい生物学的線量評価法の開発について紹介し、粒子線治療やX線治療、CT診断に関する研究への利用例も紹介する。

最新版PHITSコードの特徴

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; 奥村 啓介; et al.

RIST News, (54), p.14 - 24, 2013/01

http://www.rist.or.jp/rist/rnews/54/54s3.pdf

粒子・重イオン挙動解析コードPHITSは、原子力分野のみならず工学・医学・理学の多様な分野で国内外800名以上のユーザーに幅広く利用されている。その最新版(バージョン2.52)が2012年12月に公開された。最新版の主な特徴は、(1)新しい核反応モデルの組込と改良、(2)メモリ共有型並列計算機能の導入、(3)統計誤差計算方法の改良と再開始計算機能の導入、(4)残留放射能計算機能の組込、(5)核データ及び原子データライブラリの改訂、(6)ユーザーサポートツールの強化 などである。これらの成果により、PHITSの計算精度・速度・機能などが格段に向上され、そのさらなる利用拡大が期待できる。本稿では、その最新版の特徴について解説する。

Complementary spectroscopy of tin ions using ion and electron beams

大橋 隼人*; 須田 慎太郎*; 田沼 肇*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; 西原 功修*; 甲斐 健師; 佐々木 明; 坂上 裕之*; 中村 信行*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012071_1 - 012071_4, 2009/06

https://doi.org/10.1088/1742-6596/163/1/012071

多価電離スズイオンのEUV領域(波長1022nm)の発光スペクトルを、イオンの電荷交換分光実験及び電子ビームイオントラップ(EBIT)における電子衝突励起の実験で測定した。電荷交換分光実験では、共鳴線と励起状態間の遷移が観測されたのに対し、電子衝突励起実験では共鳴線のみが観測された。両者を比較して、どのような遷移が発光に寄与しているか考察した。