A Benchmark for Monte Carlo simulation of photoneutron fields from electron accelerators

Sari, A.*; Meleshenkovskii, I.*; 小川 達彦; Tran, K.-T.*; Jinaphanh, A.*; Jouanne, C.*; Zoia, A.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1072, p.170168_1 - 170168_17, 2025/03

https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.170168

電子加速器は非破壊分析や放射線治療など様々な用途で用いられ、中でも10MeV以上のエネルギーの電子線は制動放射を通して光核反応を誘起するため、放射線安全にとって重要な中性子線を発生させる。そうした中性子は系統的な測定データがないが、シミュレーション予測の精度を検証することは重要である。そこで、単色光子の照射を受けた様々な物質から生じる中性子のエネルギー・角度分布を種々の条件で計算・比較することで、シミュレーションの妥当性を検証した。3つの計算コードMCNP、TRIPOLI-4、PHITSにより評価済み核データENDF7uを用いて計算するとともに、PHITSでJENDL-5を使う場合と、PHITS自身の核反応モデルを使う場合で、同様の中性子生成計算結果を比較した。この解析の結果、まずW-184とTa-181のターゲットの場合、ENDF7uによる計算ではどのコードでも中性子エネルギースペクトルに物理的に不合理な凹凸構造が生じた。また、JENDL-5を使った計算では重水とベリリウムがターゲットの場合、保存則に沿わない中性子が生じた。これはPHITSのソースを調査したところ、座標系を重心系から実験室系に変換するPHITSの計算処理の誤りが原因であると判明した。しかしこの修正の後も、中性子の角度分布は運動学的に不合理な点があり、更なる修正が必要であることも分かっている。このように、本研究は光核反応の計算に関して放射線輸送計算コードや評価済み核データの問題点を明らかにし、修正の指針を与えることに貢献した。