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論文

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

 被引用回数:40 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

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。

論文

Recent improvements of particle and heavy ion transport code system: PHITS

佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 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; 奥村 啓介; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 153, p.06008_1 - 06008_6, 2017/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.44

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、原子力機構を中心とする日本やヨーロッパの研究所が共同で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。現在、国内外2500名以上のユーザーが、加速器設計、放射線遮へい、放射線防護、医学物理、地球惑星科学など様々な分野で利用している。本発表では、PHITS2.52からPHITS2.82までの間に導入した新しい物理モデルや計算機能などを紹介する。

論文

Overview of the PHITS code and application to nuclear data; Radiation damage calculation for materials

岩元 洋介; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 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*; et al.

JAEA-Conf 2016-004, p.63 - 69, 2016/09

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。同コードは、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可能で、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配布されている。現在、1800人を超える研究者等が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、最新のミューオン核反応モデル、$$gamma$$脱励起モデルEBITEMについて紹介する。また、IAEA-CRP「初期の放射線損傷断面積」の活動の下で行っている、PHITSを用いた材料のはじき出し断面積、はじき出し原子エネルギースペクトル、カーマの計算結果について紹介を行う。

論文

Overview of particle and heavy ion transport code system PHITS

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

Annals of Nuclear Energy, 82, p.110 - 115, 2015/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:21.94(Nuclear Science & Technology)

原子力機構が中心となり日欧の複数機関が協力して汎用モンテカルロ粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを開発している。PHITSは、幅広いエネルギー範囲のほぼすべての放射線の挙動を扱うことができ、そのすべてのコンポーネントは1つのパッケージにまとめられ、RIST, OECD/NEA Databank, RSICCを通じて全世界に配布されている。その結果、PHITSユーザー数は国内外で総計1,000名を超え、工学・理学・医学のさまざまな分野で利用されている。本論文では、PHITSの概要について紹介するとともに、イベントジェネレータモードやビーム輸送機能などPHITSに組み込まれた幾つかの重要な機能について解説する。

論文

Improvements and developments of physics models in PHITS for space applications

Sihver, L.*; 佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; 小川 達彦; 仁井田 浩二*

Proceedings of IEEE Aerospace Conference 2015, 8 Pages, 2015/06

長期間の宇宙空間のミッションの計画立案には、宇宙機や人体内の放射線場の正確な予測が必要となる。原子力機構が中心となって開発しているPHITSコードを宇宙放射線防護分野に利用するためには、核反応モデルの高度化が重要となる。本論文では、最近、開発・改良されたPHITSの核反応モデルに関して、その概要をまとめる。具体的には、全反応断面積計算モデルKurotamaの改良、核内カスケードモデルINCLの導入、統計マルチフラグメンテーションモデルSMMの開発、歪曲波ボルン近似DWBAとINCLの複合モデルの開発を紹介する。これらの改良や開発したモデルについては、実験データとの比較により計算精度を検証した結果も示す。

論文

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

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。

論文

Current status of the "Hybrid Kurotama model" for total reaction cross sections

Sihver, L.*; 小濱 洋央*; 飯田 圭*; 親松 和浩*; 橋本 慎太郎; 岩瀬 広*; 仁井田 浩二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 334, p.34 - 39, 2014/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:25.28(Instruments & Instrumentation)

物質中を通過する際の核反応の発生確率や生成するフラグメントの量は、核子-原子核および原子核-原子核間の全反応断面積により与えられる。そのため、加速器施設における遮へい設計や粒子線治療における線量評価等を目的とした粒子や重イオンの輸送計算においては、これらの全反応断面積を精度よく計算できるモデルが重要な役割を果たす。黒玉モデルは、原子核を完全に粒子を吸収する黒体と仮定し、陽子-原子核の散乱データからその半径を系統的に評価することで、様々な原子核の全反応断面積を計算するモデルである。しかし、この仮定は数100MeV/u以下のエネルギー領域では満たされず、実験データを再現しないという問題があった。本研究では、低エネルギー領域をTripathiらの半経験的モデルで与える"ハイブリッド黒玉モデル"を新たに開発した。このハイブリッド黒玉モデルにより、陽子-He、陽子-原子核、原子核-原子核間の全反応断面積を評価し、これらの反応の実験データとの比較を行った。その結果、他の従来モデルと比べて幅広いエネルギー領域で実験データの再現性が高くなり、粒子輸送計算で利用する全反応断面積モデルとして非常に有効であることがわかった。

論文

Overview of the PHITS code and its application to medical physics

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; 岩瀬 広*; 中島 宏; 深堀 智生; 千葉 敏; et al.

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.879 - 882, 2014/04

PHITSとは、原子力機構・高度情報科学技術研究機構(RIST)・高エネルギー加速器研究機構が中心となって開発している汎用の粒子・重イオン輸送計算コードであり、RIST・OECD/NEA・RSICCを通じて世界中に配布されている。PHITSを医学物理計算に応用するため、イベントジェネレータモードとマイクロドジメトリ機能と呼ばれる2つの独自機能を開発し、PHITSに組み込んだ。これらの機能とマイクロドジメトリ運動学モデル(MKM)を組合せれば、任意の照射条件に対する人体内での生物学的線量を計算することができ、放射線治療による治療効果を精度よく推定可能となる。発表では、PHITSの概要について紹介するとともに、これら2つの機能に関して詳しく解説する。

論文

Method for the prediction of the effective dose equivalent to the crew of the International Space Station

El-Jaby, S.*; Tomi, L.*; Sihver, L.*; 佐藤 達彦; Richardson, R. B.*; Lewis, B. J.*

Advances in Space Research, 53(5), p.810 - 817, 2014/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.17(Astronomy & Astrophysics)

国際宇宙ステーション(ISS)では、組織等価比例計数管(TEPC)を用いてその内部の周辺線量当量が常時モニタリングされているが、TEPCの測定値より乗組員の実効線量当量を簡便に導出する手法はこれまで存在しなかった。そこで、本研究では、PHITSを用いて計算した銀河宇宙線と捕捉陽子線のアルミ遮へい体内でのフラックスと、陽子・中性子・$$alpha$$粒子に対する線量換算係数より、周辺線量当量から実効線量当量に変換する手法を構築した。この手法を用いた解析により、ISS乗組員の実効線量当量は、TEPCで測定した周辺線量当量よりも10%から30%低く、その大部分は銀河宇宙線による寄与であることが分かった。

論文

Particle and heavy ion transport code system, PHITS, version 2.52

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; 岩瀬 広*; 中島 宏; 深堀 智生; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 50(9), p.913 - 923, 2013/09

 被引用回数:393 パーセンタイル:0.02(Nuclear Science & Technology)

粒子・重イオン挙動解析コードPHITSを改良し、その最新版(バージョン2.52)をリリースした。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、その最新版の特徴と幾つかの実験データに対するベンチマーク計算結果について記載する。

論文

ISSCREM: International Space Station Cosmic Radiation Exposure Model

El-Jaby, S.*; Lewis, B. J.*; Tomi, L.*; Sihver, L.*; 佐藤 達彦; Lee, K. T.*; Johnson, A. S.*

Proceedings of IEEE Aerospace Conference 2013 (Internet), 18 Pages, 2013/03

国際宇宙ステーション(ISS)の軌道と太陽活動周期から、ISS内に滞在する宇宙飛行士の被ばく線量を評価する半経験モデルISSCREMを開発した。本モデルは、組織等価ガス比例計数管(TEPC)で測定した銀河宇宙線(GCR)及び捕捉放射線(TR)による実用線量当量を、それぞれ精度10%及び20%の範囲内で再現することが可能である。また、報告者が行った放射線輸送計算コードPHITSを用いた解析結果と組合せることにより、宇宙飛行士のリスク評価で必要となる実効線量当量も導出することができる。

論文

Simulations of MATROSHKA experiments outside the ISS using PHITS

Puchalska, M.*; Sihver, L.*; 佐藤 達彦; Berger, T.*; Reitz, G.*

Advances in Space Research, 50(4), p.489 - 495, 2012/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:59.4(Astronomy & Astrophysics)

粒子線輸送計算コードPHITSを用いて、国際宇宙ステーション(ISS)において行ったMATROSHKA実験に対するシミュレーションを実施し、PHITSの宇宙飛行士に対する被ばく線量計算精度を検証した。MATROSHKA実験とは、約6000個の放射線検出器を埋め込んだ人体模型をISSの内外に設置し、人体内における宇宙線被ばく線量分布を精緻に測定する欧州宇宙局(ESA)主導のプロジェクトである。MATROSHKA実験により測定した人体内の被ばく線量分布と、PHITSにより計算した結果を比較したところ、両者は、比較的よく一致することがわかった。このことから、PHITSは、宇宙飛行士の被ばく線量評価の際に有用なツールであることが示された。

論文

Simulations of absorbed dose on the phantom surface of MATROSHKA-R experiments at the ISS

Kol$'i$skov$'a$(Mr$'a$zov$'a$), Z.*; Sihver, L.*; Ambro$v{z}$ov$'a$, I.*; 佐藤 達彦; Spurn$'y$, F.*; Shurshakov, V. A.*

Advances in Space Research, 49(2), p.230 - 236, 2012/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:55.86(Astronomy & Astrophysics)

粒子輸送計算コードPHITSを用いて、国際宇宙ステーション内で実施したMATROSHKA-R実験に対するシミュレーションを行い、PHITSの宇宙飛行士に対する被ばく線量計算精度を検証した。MATROSHKA-R実験とは、数種類の放射線検出器を埋め込んだ球状のファントムをISS乗組員が常時滞在するモジュール内に設置し、宇宙飛行士の居住環境における宇宙線被ばく線量を測定するロシア主導のプロジェクトである。発表では、ファントム内に埋め込んだTLDや固体飛跡検出器による測定結果の概要を紹介するとともに、測定値とPHITSによる計算値を比較した結果について説明する。

論文

Applications of the microdosimetric function implemented in the macroscopic particle transport simulation code PHITS

佐藤 達彦; 渡辺 立子; Sihver, L.*; 仁井田 浩二*

International Journal of Radiation Biology, 88(1-2), p.143 - 150, 2012/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:42.15(Biology)

高エネルギー放射線の生物学的効果比(RBE)を的確に評価するためには、マイクロドジメトリ量と呼ばれる微視的な空間におけるエネルギー付与を計算する必要がある。そこでわれわれは、巨視的な体系に対してのみ計算可能であった放射線挙動解析コードPHITSに、微視的な空間におけるエネルギー付与を計算する機能を追加した。また、その機能を用いて、粒子線治療の治療効果や宇宙飛行士の宇宙線被ばくリスクを評価する新たなモデルを構築した。本稿では、これらの研究の概要について紹介する。

論文

Production of a fluorescence probe in ion-beam radiolysis of aqueous coumarin-3-carboxylic acid solution, 2; Effects of nuclear fragmentation and its simulation with PHITS

前山 拓哉*; 山下 真一; 田口 光正; Baldacchino, G.*; Sihver, L.*; 村上 健*; 勝村 庸介

Radiation Physics and Chemistry, 80(12), p.1352 - 1357, 2011/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:39.11(Chemistry, Physical)

クマリン-3-カルボン酸(CCA)水溶液の放射線分解では水分解生成物であるOHラジカルによりCCAが酸化されて一定の比率で蛍光プローブになる。このことを利用し、HIMAC施設において135, 290, 400MeV/uの炭素イオンを水に照射した際のOHラジカル収率をブラッグピーク付近で測定した。ブラッグピークで停止するまでの間に入射イオンはエネルギーを失い、LETが増加するため、トラック構造が密となることを反映してOHラジカル収率が減少する一方、ブラッグピークよりさらに深い下流の領域では核破砕で生成した軽くてLETの低いHやHeなどの二次イオンの照射により、OHラジカル収率は急激に高くなることを明らかにした。核破砕を考慮して上記のようなOHラジカル収率の変化を定量的に説明するために粒子・重イオン汎用3次元モンテカルロコードPHITSを用いて粒子輸送計算を実施したところ、ブラッグピークより上流の領域では測定結果を精度よく説明できた。しかしブラッグピークより下流の領域では測定値に対して、シミュレーションに基づく推定値は15-45%過小評価となり、この差異は線量測定で用いた電離箱と試料セルとのジオメトリの違いが主因となって生じている可能性が高いことが示された。

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(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

Dose estimation for astronauts using dose conversion coefficients calculated with the PHITS code and the ICRP/ICRU adult reference computational phantoms

佐藤 達彦; 遠藤 章; Sihver, L.*; 仁井田 浩二*

Radiation and Environmental Biophysics, 50(1), p.115 - 123, 2011/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.06(Biology)

粒子線輸送計算コードPHITSとICRP/ICRUファントムを組合せて計算した線量換算係数を用いて、宇宙飛行士の被ばく線量を計算した。その計算値を宇宙機内外で測定したさまざまな実験値と比較し、その精度を検証した。その結果、計算は実験を精度よく再現できることがわかり、線量換算係数を用いた宇宙飛行士の被ばく線量評価法の妥当性が証明された。また、宇宙飛行士の実効線量と実効線量当量の計算値を比較し、実効線量は実効線量当量を大幅に過大評価することを定量的に明らかにした。これは、国際放射線防護委員会(ICRP)が定義した高エネルギー荷電粒子に対する放射線荷重係数と線質係数に数値的な整合性がなく、宇宙飛行士に対しては、実効線量を用いた線量評価が適切でないことを示す。これらの成果は、ICRP宇宙飛行士被ばく防護タスクグループの報告書を作成するうえで、極めて重要となる。

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:63.22(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。

報告書

PHITS: Particle and Heavy Ion Transport code System, Version 2.23

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

JAEA-Data/Code 2010-022, 189 Pages, 2010/10

JAEA-Data-Code-2010-022.pdf:1.89MB

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは日本原子力研究開発機構,高度情報科学技術研究機構,高エネルギー加速器研究機構の協力の下、NMTC/JAMのアップグレードバージョンとして開発された。PHITSは原子核反応モデル及び核データを用いて、広いエネルギー領域に渡り、すべての粒子・重イオンの輸送を取り扱うことができる。シミュレーションの幾何学的な形状は、GG(General Geometry)及びCG(Combinational Geometry)により作成される。「タリー」といった見積もり機能を使用することで、熱付与,飛跡,生成収率といったさまざまな量を導くことができる。コードは"Angel"を使用することで、セットアップ形状と同様に計算結果の2次元図を作成する機能を持つ。これらの機能によりPHITSは加速器遮蔽,放射線治療,宇宙開発といったさまざまな目的に使用されている。

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