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論文

New approach to description of ($$d$$,$$xn$$) spectra at energies below 50 MeV in Monte Carlo simulation by intra-nuclear cascade code with distorted wave born approximation

橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; Boudard, A.*; Cugnon, J.*; David, J.-C.*; Leray, S.*; Mancusi, D.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 333, p.27 - 41, 2014/08

 被引用回数:16 パーセンタイル:8.15(Instruments & Instrumentation)

近年、基礎研究や医療の分野では加速器を用いた高強度中性子ビームが利用されており、中性子生成反応として、特にLi, Be, Cを標的とした重陽子入射反応が注目されている。本研究では、これらの反応等による中性子生成を正確に予測するため、核内カスケードコードINCLと歪曲波ボルン近似(DWBA)を組み合わせた新しい核反応モデルを開発し、粒子輸送計算コードPHITSに組み込んだ。新たに開発したモデルを含むPHITSでは、INCLに組み込まれた陽子ストリッピング過程とDWBAで記述した原子核の離散状態間の遷移を考慮する計算が可能となった。その有効性は、実験データが存在する重陽子の入射エネルギーが40MeVのLi, C標的の反応と、Beを標的とした10及び18MeVの重陽子入射反応について、薄膜標的の2重微分断面積データ及び標的が厚い場合の中性子生成量を計算して検証した。その結果、新たな核反応モデルを含むPHITSによる計算により、実験による断面積データに見られる幾つかのピーク構造の再現性を大幅に向上できた。また、新しい核反応モデルによるPHITSを用いて計算した中性子生成量についても、実験データとよく一致した。

論文

New approach for describing nuclear reactions based on intra-nuclear cascade coupled with DWBA

橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; Boudard, A.*; Cugnon, J.*; David, J.-C.*; Leray, S.*; Mancusi, D.*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.418 - 421, 2014/04

近年、基礎研究や医療の分野において加速器中性子源の応用が盛んに行われている。そのような施設の設計の際には中性子の生成量を適切に評価できる計算コードが必要であり、粒子輸送計算コードPHITSはその用途に適したものの一つである。本研究では、生成される中性子の量をより正確に計算するために、核内カスケード模型INCLをもとにして、それにDWBA(歪曲波ボルン近似)計算による離散スペクトルの成分を加えた新しい手法を提案した。中性子生成量全体に対する離散スペクトルの寄与は少ないものの、入射エネルギーと同程度のエネルギーをもった中性子を放出するため正確な記述が求められる。本手法の有効性を検証するために、Li, Be, C等を標的とし入射エネルギーが10から100MeVの陽子・重陽子入射反応の解析を行った。その結果、従来の核反応模型では再現できなかった中性子スペクトルを、本研究で提案した手法で適切に評価できることを確認した。

論文

Verification of high-energy transport codes on the basis of activation data

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Butko, M. A.*; Dikarev, D. V.*; Florya, S. N.*; Pavlov, K. V.*; Titarenko, A. Yu.*; Tikhonov, R. S.*; Zhivun, V. M.*; Ignatyuk, A. V.*; et al.

Physical Review C, 84(6), p.064612_1 - 064612_19, 2011/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.74(Physics, Nuclear)

ITEPで測定された、$$^{rm nat}$$Cr, $$^{56}$$Fe, $$^{rm nat}$$Ni, $$^{93}$$Nb, $$^{181}$$Ta, $$^{rm nat}$$W, $$^{rm nat}$$Pb, $$^{209}$$Biターゲットに40-2600MeVの高エネルギー陽子を入射した場合の核種生成断面積を用いて、幾つかのよく用いられる高エネルギー輸送コードの予測精度を評価した。ITEPの実験結果はCGIで行われた多数のインバースカイネマティクス法の実験データとおおむね一致している。測定データの解析は、MCNPX(Bertini, Isabelオプション), CEM3.02, INCL4.2+ABLA, INCL4.5+ABLA07, PHITS、及び、CASCADE.07を用いて行われた。すべてのターゲット・入射エネルギーに対して、計算値と実験値の間の逸脱係数を評価し、今回評価されたすべてのコードで改善が必要なことを示した。加えて、$$^{208}$$Pbターゲットに500MeV陽子を入射した新たな実験の結果を公開する。

論文

Evaluation of dose rate reduction in a spacecraft compartment due to additional water shield

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; Shurshakov, V. A.*; Yarmanova, E. N.*; Nikolaev, I. V.*; 岩瀬 宏*; Sihver, L.*; Mancusi, D.*; 遠藤 章; 松田 規宏; et al.

Cosmic Research, 49(4), p.319 - 324, 2011/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:41.21(Engineering, Aerospace)

重イオン輸送計算コードは、宇宙船の遮へい効果を評価するために不可欠なツールである。そこで、われわれは、200GeVまでの粒子・重イオンの3次元空間における挙動を模擬できるシミュレーションコードPHITSを開発している。このPHITSを用いて、国際宇宙ステーション・ロシアサービスモジュール内における放射線環境を評価した。その結果、宇宙飛行士の寝室外壁に設置した水タオルは、線量を効果的に減衰することが明らかとなった。発表では、この評価結果も含め、PHITSの宇宙開発への適用例を紹介する。

論文

Verification of high-energy transport codes on the basis of activation data

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Butko, M. A.*; Dikarev, D. V.*; Florya, S. N.*; Pavlov, K. V.*; Titarenko, A. Yu.*; Tikhonov, R. S.*; Zhivun, V. M.*; Ignatyuk, A. V.*; et al.

LA-UR-11-02704, 31 Pages, 2011/06

ITEPで測定された、$$^{nat}$$Cr, $$^{56}$$Fe,$$^{nat}$$Ni, $$^{93}$$Nb, $$^{181}$$Ta, $$^{nat}$$W, $$^{nat}$$Pb, $$^{209}$$Biターゲットに40-2600MeVの高エネルギー陽子を入射した場合の核種生成断面積を用いて、幾つかのよく用いられる高エネルギー輸送コードの予測精度を評価した。ITEPの実験結果はCGIで行われた多数のインバースカイネマティクス法の実験データとおおむね一致している。測定データの解析は、MCNPX(Bertiin, Isabelオプション), CEM3.02, INCL4.2+ABLA, INCL4.5+ABLA07, PHITS、及び、CASCADE.07を用いて行われた。すべてのターゲット・入射エネルギーに対して、計算値と実験値の間の逸脱係数を評価し、今回評価されたすべてのコードで改善が必要なことを示した。

論文

Measurement and simulation of the cross sections for nuclide production in $$^{56}$$Fe and $$^{rm nat}$$Cr targets irradiated with 0.04- to 2.6-GeV protons

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Titarenko, A. Yu.*; Butko, M. A.*; Pavlov, K. V.*; Florya, S. N.*; Tikhonov, R. S.*; Zhivun, V. M.*; Ignatyuk, A. V.*; Mashnik, S. G.*; et al.

Physics of Atomic Nuclei, 74(4), p.523 - 536, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:42.22(Physics, Nuclear)

0.04から2.6GeVのエネルギーを持つ陽子を$$^{56}$$Fe及び$$^{rm nat}$$Crの厚いターゲットに入射した場合の核種生成断面積を、2台の$$gamma$$スペクトロメータを用いて測定した。これらのスペクトロメータは1332keVの$$gamma$$線に対してそれぞれ1.8と1.7keVの解像度を有する。実験の結果649の生成核種が同定された。$$^{27}$$Al($$p$$,$$x$$)$$^{22}$$Na反応をモニター反応として利用した。実験データをMCNPX(BERTINI, ISABELモデル), CEM03.02, INCL4.2, INCL4.5, PHITS、及び、CASCADE07コードの計算結果と比較した。

論文

Measurement and simulation of the cross sections for nuclide production in $$^{93}$$Nb and $$^{rm nat}$$Ni targets irradiated with 0.04- to 2.6-GeV protons

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Titarenko, A. Yu.*; Butko, M. A.*; Pavlov, K. V.*; Florya, S. N.*; Tikhonov, R. S.*; Zhivun, V. M.*; Ignatyuk, A. V.*; Mashnik, S. G.*; et al.

Physics of Atomic Nuclei, 74(4), p.537 - 550, 2011/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:28.63(Physics, Nuclear)

0.04から2.6GeVのエネルギーを持つ陽子を$$^{93}$$Nb及び$$^{rm nat}$$Niの厚いターゲットに入射した場合の核種生成断面積を、2台の$$gamma$$スペクトロメータを用いて測定した。これらのスペクトロメータは1332keVの$$gamma$$線に対してそれぞれ1.8と1.7keVの解像度を有する。実験の結果1112の生成核種が同定された。$$^{27}$$Al($$p$$,$$x$$)$$^{22}$$Na反応をモニター反応として利用した。実験データをMCNPX(BERTINI, ISABELモデル), CEM03.02, INCL4.2, INCL4.5, PHITS、及び、CASCADE07コードの計算結果と比較した。

論文

Measurement and simulation of the cross sections for nuclide production in $$^{rm nat}$$W and $$^{181}$$Ta targets irradiated with 0.04- to 2.6-GeV protons

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Titarenko, A. Yu.*; Butko, M. A.*; Pavlov, K. V.*; Florya, S. N.*; Tikhonov, R. S.*; Zhivun, V. M.*; Ignatyuk, A. V.*; Mashnik, S. G.*; et al.

Physics of Atomic Nuclei, 74(4), p.551 - 572, 2011/04

 被引用回数:17 パーセンタイル:21.65(Physics, Nuclear)

0.04から2.6GeVのエネルギーを持つ陽子を$$^{rm nat}$$W及び$$^{181}$$Taの厚いターゲットに入射した場合の核種生成断面積を、2台の$$gamma$$スペクトロメータを用いて測定した。これらのスペクトロメータは1332keVの$$gamma$$線に対してそれぞれ1.8と1.7keVの解像度を有する。実験の結果1895の生成核種が同定された。$$^{27}$$Al($$p$$,$$x$$)$$^{22}$$Na反応をモニター反応として利用した。実験データをMCNPX(BERTINI, ISABELモデル), CEM03.02, INCL4.2, INCL4.5, PHITS、及び、CASCADE07コードの計算結果と比較した。

論文

Measurement and simulation of the cross sections for the production of $$^{148}$$Gd in thin $$^{rm nat}$$W and $$^{181}$$Ta targets irradiated with 0.4- to 2.6-GeV protons

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Titarenko, A. Yu.*; Butko, M. A.*; Pavlov, K. V.*; Florya, S. N.*; Tikhonov, R. S.*; Zhivun, V. M.*; Ignatyuk, A. V.*; Mashnik, S. G.*; et al.

Physics of Atomic Nuclei, 74(4), p.573 - 579, 2011/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.48(Physics, Nuclear)

ITEP複合加速器施設において、0.4, 0.6, 0.8, 1.2, 1.6、及び、2.6GeVのエネルギーを持つ陽子を$$^{rm nat}$$W及び$$^{181}$$Taの厚いターゲットに入射した場合の$$^{148}$$Gd生成断面積を、$$alpha$$スペクトロメータを用いて測定した。得られた実験データを他施設の実験結果及び、MCNPX(BERTINI, ISABELモデル), CEM03.02, INCL4.2, INCL4.5, PHITS、及び、CASCADE07コードの計算結果と比較した。2

論文

Recent developments of the PHITS code

仁井田 浩二*; 岩瀬 広*; 佐藤 達彦; 岩元 洋介; 松田 規宏; 坂本 幸夫; 中島 宏; Mancusi, D.*; Sihver, L.*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 1, p.1 - 6, 2011/02

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、放射線科学,加速器施設の遮へい設計,宇宙放射線場の利用,医療応用,物質研究などさまざまな分野において利用されている。汎用的かつ高信頼性の手軽に利用できるモンテカルロ計算をコンセプトとした開発・改良が、高度情報科学技術研究機構, 原子力機構, 高エネルギー加速器研究機構,チャルマー工科大学を中心として精力的に行われている。また、PHITSコードは組み込み関数により精密な生物学的線量、DPAの計算を行うこともでき、これは他の計算コードに先駆けた機能である。PHITSコード開発の最近の動向として、特にEGS5コードの組み込みと高エネルギー物理への拡張について紹介する。

論文

PHITS simulations of the Matroshka experiment

Gustafsson, K.*; Sihver, L.*; Mancusi, D.*; 佐藤 達彦; Reitz, G.*; Berger, T.*

Advances in Space Research, 46(10), p.1266 - 1272, 2010/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:60.35(Astronomy & Astrophysics)

宇宙機内外における宇宙飛行士の被ばく線量を評価するため、数多くの線量計を埋め込んだ人体ファントムMatroshkaが宇宙ステーション内外に数か月間設置され、先日、地上に帰還した。われわれは、Matroshkaが設置された環境をPHITSシミュレーションで再現し、各線量計の位置における吸収線量や線量当量を予測した。そして、得られた計算値と測定値を比較することにより、PHITSを用いた宇宙機遮へい設計の可能性について検討した。発表では、PHITSシミュレーション手法の詳細について説明する。

論文

An Update about recent development of the PHITS code

Sihver, L.*; 佐藤 達彦; Gustafsson, K.*; Mancusi, D.*; 岩瀬 広*; 仁井田 浩二*; 中島 宏; 坂本 幸夫; 岩元 洋介; 松田 規宏

Advances in Space Research, 45(7), p.892 - 899, 2010/04

 被引用回数:17 パーセンタイル:42.89(Astronomy & Astrophysics)

宇宙開発分野にも応用可能な汎用放射線輸送計算コードPHITSの最新の開発・利用状況について報告する。具体的には、PHITSが従来使用していた重イオン核反応モデルJQMDに、相対論的な共分散を組み込んだ新しい重イオン核反応モデルR-JQMDのベンチマーク計算結果について紹介する。また、大気圏内における宇宙線被ばく線量計算ソフトウェアEXPACSの詳細について説明する。EXPACSは、PHITSを用いて計算した大気圏内における宇宙線スペクトルを再現可能な解析モデルPARMAを基本としたソフトウェアであり、緯度・経度・高度・時間情報を与えれば、その条件に対する宇宙線被ばく線量を瞬時に計算することができる。さらに、PHITSを用いた宇宙機遮へい設計の例として、船壁の素材や厚さの違いによる宇宙機内の被ばく線量率変化に対する検討結果について報告する。

論文

The Present status of the PHITS code

仁井田 浩二*; 中島 宏; 佐藤 達彦; 松田 規宏; 岩元 洋介; 坂本 幸夫; 岩瀬 宏*; Sihver, L.*; Mancusi, D.*

Proceedings of 8th Specialists' Meeting on Shielding Aspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities (SATIF-8), p.313 - 320, 2010/03

粒子・重イオン輸送計算コードは、放射線治療,核破砕中性子源そして宇宙技術などさまざまな目的で用いられるとともに加速器施設の設計に必要不可欠なものである。そこで原子力機構は粒子・重イオン輸送計算コードシステムPHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)を開発している。PHITSは(1)200GeVまでのハドロン-原子核反応,(2)10MeV/核子から100GeV/核子までの核子-核子衝突,(3)重イオン及び10$$^{-5}$$eVまでの低エネルギー中性子を含むハドロン,レプトンの輸送をそれぞれシミュレーションできる3つの重要な機能を持つ。この報告では、PHITSコードに組み込まれているモデルの紹介と加速器施設に関するPHITSコードのベンチマークテストについて述べる。

論文

Shielding design of spacecrafts using PHITS

佐藤 達彦; Sihver, L.*; Gustafsson, K.*; Mancusi, D.*; 仁井田 浩二*

Transactions of the American Nuclear Society, 99(1), P. 592, 2008/11

宇宙線に対する宇宙機の遮へい設計のためには、高エネルギー放射線、特に重イオンの物質内での挙動を的確に模擬可能な放射線輸送計算コードが必要となる。そこで、われわれは、3次元放射線輸送計算コードPHITSを用いた宇宙機遮へい設計の可能性について検討している。本発表では、PHITSの電荷変換核反応断面積及び宇宙機内中性子スペクトルの計算精度検証結果について報告する。本研究により、従来、宇宙分野で一般的に用いられてきた1次元放射線輸送計算コードに比べ3次元コードのPHITSが、より適切な計算結果を与えることが明らかになった。

論文

Benchmarking of calculated projectile fragmentation cross-sections using the 3-D, MC codes PHITS, FLUKA, HETC-HEDS, MCNPX_HI, and NUCFRG2

Sihver, L.*; Mancusi, D.*; 仁井田 浩二*; 佐藤 達彦; Townsend, L.*; Farmer, C.*; Pinsky, L.*; Ferrari, A.*; Cerutti, F.*; Gomes, I.*

Acta Astronautica, 63(7-10), p.865 - 877, 2008/10

 被引用回数:27 パーセンタイル:9.68(Engineering, Aerospace)

信頼性の高い重イオンの核反応モデルの確立は、宇宙飛行士の被ばく線量評価や重粒子線治療の治療計画の際に不可欠である。現在、重イオン核反応モデルを搭載したさまざまな計算コードが世界各地で開発されているが、そのコード間同士や実験値との比較は十分に行われていない。そこで、われわれは、さまざまな計算コード(PHITS, FLUKA, HETC-HEDS, MCNPX_HI, NUCFRG2)を用いて、200$$sim$$1000MeV/nの重イオンにより引き起こされたフラグメンテーション反応断面積を計算し、実験値と比較した。発表では、その比較結果を紹介するとともに、モデルの違いによる計算精度の差について検証する。

論文

PHITS; Benchmark of partial charge-changing cross sections for intermediate-mass systems

Mancusi, D.*; Sihver, L.*; Gustafsson, K.*; La Tessa, C.*; Guetersloh, S.*; Zeitlin, C.*; Miller, J.*; Heilbronn, L.*; 仁井田 浩二*; 佐藤 達彦; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 254(1), p.30 - 38, 2007/01

 被引用回数:15 パーセンタイル:22.69(Instruments & Instrumentation)

宇宙飛行士に対する被ばく線量を精度よく評価するためには、中間質量領域における電荷核変換反応断面積を精度よく予測可能な粒子輸送計算コードを開発する必要がある。そこで、粒子輸送計算コードPHITSを用いてその電荷核変換反応断面積を計算し、測定値と比較した。その結果、現在用いている核反応モデルでは、実験値を再現できない問題点が明らかとなった。この結果は、さらなるモデルの改良や、実験データのより系統的な整備が必要であることを示唆している。

論文

Recent developments and benchmarking of the PHITS code

Sihver, L.*; Mancusi, D.*; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 岩瀬 宏*; 岩元 洋介; 松田 規宏; 中島 宏; 坂本 幸夫

Advances in Space Research, 40(9), p.1320 - 1331, 2007/00

 被引用回数:23 パーセンタイル:37.1(Astronomy & Astrophysics)

PHITSは、NMTC及びMCNPモデルを用いて核子・中間子輸送過程を、JAM, JQMD及びGEMモデルを用いて核反応過程を模擬できる汎用粒子輸送計算コードである。近年行ったベンチマーク試験の結果、PHITSは、電荷変換核反応断面積をやや過小評価することが判明した。本発表では、そのベンチマーク試験結果について述べるとともに、PHITSの精度向上のために行った核反応モデルの改良について詳しく説明する。

口頭

PHITS simulations of BNCP and heavy ion therapy

仁井田 浩二*; Sihver, L.*; Mancusi, D.*; 佐藤 達彦; 岩瀬 宏*; 岩元 洋介; 松田 規宏; 坂本 幸夫; 中島 宏

no journal, , 

BNCTや粒子線治療など、電子・光子以外の放射線を用いた癌治療は、線量を患部に集中させるため、精度の高い線量評価が要求される。汎用粒子輸送計算コードPHITSは、低エネルギー中性子の輸送をイベントジェネレーターモードで計算可能であり、また、高エネルギー重イオン核反応を最新の核反応モデルJQMDで扱えるため、その線量評価に適したコードである。本発表では、PHITSを用いた放射線治療線量評価の現状及び特徴について述べる。

口頭

PHITS simulations of measured radio-therapeutic C-9 beams

Sihver, L.*; Mancusi, D.*; 仁井田 浩二*; Li, Q.*; 佐藤 達彦; 岩瀬 広*; 岩元 洋介; 松田 規宏; 坂本 幸夫; 中島 宏

no journal, , 

炭素イオンを用いた放射線治療は、HIMAC等での成功を受け世界中に広まりつつある。その中で、通常の炭素ビームではなく、$$beta$$崩壊核種であるC-9イオンを用いた治療が、その線量局在性から、次世代の放射線治療として注目されている。本発表では、水中におけるC-9ビームの線量深度分布をPHITSで計算し、実験値と比較した結果について述べる。

口頭

Particle fluxes in the atmosphere; Calculations and experimental data

Matthi$"a$, D.*; Sihver, L.*; 佐藤 達彦; Mancusi, D.*; Meier, M.*

no journal, , 

大気上空における宇宙線由来の粒子スペクトルを精度よく計算することは、航空機乗務員の被ばく線量を評価するために極めて重要である。そこで、モンテカルロ輸送計算コードGEANT4をベースとしたプログラムPLANETOCOSMICSを用いて大気中の粒子スペクトルを計算した。その計算値を測定値や原子力機構で開発した解析モデルによる予測値と比較した結果、それらの結果はいずれもよく一致していることが明らかになった。

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