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論文

Establishment of a novel detection system for measuring primary knock-on atoms

Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。

論文

A New detector system for the measurement of high-energy prompt $$gamma$$-rays for low-energy neutron induced fission

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.*; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; A$"i$che, M.*; Astier, A.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 906, p.88 - 96, 2018/10

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

中性子誘起核分裂における即発高エネルギー$$gamma$$線を観測するための新しい測定システムの開発を行った。測定システムは核分裂片を観測するための多芯線比例計数管と$$gamma$$線測定用のLaBr$$_{3}$$(Ce)シンチレータから構成される。開発したシステムを仏国ラウエ・ランジュバン研究所にある高中性子束炉のPF1Bコースに設置して、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂における即発$$gamma$$線を行った。測定ではエネルギー最大20MeVまでの$$gamma$$線スペクトルの観測に成功し、$$^{235}$$U中性子誘起核分裂において非常に高いエネルギーの$$gamma$$線が放出されていることを確認した。

論文

Analysis of scintillation light intensity by microscopic radiation transport calculation and F$"{o}$rster quenching model

小川 達彦; 八巻 徹也*; 佐藤 達彦

PLOS ONE (Internet), 13(8), p.e0202011_1 - e0202011_19, 2018/08

 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

シンチレータは、電子線, $$gamma$$線,陽子,重イオンなどの多様な種類の放射線を検知するために広く利用され、付与されたエネルギー量に応じた光を発する。シンチレータにおいては、エネルギー付与密度の高い重イオンのような粒子に対してはクエンチング現象が起こり、エネルギー付与量と比して発光が少なくなることが知られている。さらに、クエンチング現象は励起した蛍光分子が他の蛍光分子にエネルギーを受け渡すメカニズム(F$"{o}$rster効果)によって発生すると推測されている。そこで本研究では、様々なエネルギー・線種の放射線の照射を受けたシンチレータ内でのエネルギー付与を飛跡構造計算コードRITRACKSや汎用放射線輸送計算コードPHITSのT-SED機能により計算し、励起する蛍光分子の空間配置や量を予測した。この計算結果に基づき、各励起分子に対してF$"{o}$rster効果が発生する確率を計算し、励起した分子のうち発光する分子の数を計算した。その結果、電子入射の場合は入射エネルギーと発光量が比例するが、陽子入射の場合は入射エネルギーに対して発光量が非線形に増加し、特に低エネルギーの重イオンに対してはその非線形性がより強くなる実験値を正確に再現することができた。

論文

Cluster formation in relativistic nucleus-nucleus collisions

小川 達彦; 佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; 仁井田 浩二*

Physical Review C, 98(2), p.024611_1 - 024611_15, 2018/08

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

GeVからTeV級の原子核-原子核衝突による粒子生成は、重イオン加速器の安全設計や宇宙線被ばく評価などで非常に重要で、様々な反応モデルが考案されてきた。しかし、従来のモデルは核子間に働く相互作用が座標系に依存しており、運動する入射核と静止しているターゲット核が同じ座標系に移行すると本来は安定な核が壊れる問題があった。ここでは、人為的なバイアスを計算アルゴリズムに導入することで安定性を補っていたが、その副作用として残留核の質量や粒子の放出量が過小評価される問題があった。そこで、核子間の相互作用を座標系に依存しないよう記述した反応モデルJAMQMDを構築した。このモデルでは、原子核-原子核衝突反応を再現した際に核は座標系によらず安定を保ち、重陽子を含む多様な残留核の形成と二次粒子の生成も実験値をよく再現することも確認できた。さらに、3年前に開発された原子核-原子核衝突反応モデルJQMD Ver.2は3AGeV以下の入射エネルギーでしか適用できなかったが、JAMQMDでは入射エネルギーの制限をなくすことができた。そのため、JAMQMDは、放射線防護研究のみならず基礎研究の解析や計画などにも有益なモデルといえる。

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:0.03(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

日本原子力学会「2018年春の年会」部会・連絡会セッション,核データ部会「シグマ」特別専門委員会共催; 我が国における核データ計算コード開発の現状と将来ビジョン,4; PHITSコードにおける核反応モデルの役割と高度化

橋本 慎太郎; 佐藤 達彦; 岩元 洋介; 小川 達彦; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 仁井田 浩二*

核データニュース(インターネット), (120), p.26 - 34, 2018/06

放射線の挙動を模擬できる粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器の遮へい設計や宇宙線・地球科学、放射線防護研究等の広範な分野で利用されている。PHITSでは、放射線が引き起こす物理現象を輸送過程と衝突過程の2つに分けて記述しており、さらに核反応が含まれる衝突過程を「核反応の発生」、「前平衡過程」、「複合核過程」の3段階的に分けて計算することで模擬している。これらの計算では断面積モデルKurotamaや核反応モデルINCL4.6やJQMDといった数多くの物理モデルが使用されており、PHITSの信頼性を高めるために、我々は各モデルの高度化を行ってきた。本稿は、日本原子力学会2018年春の年会の企画セッション「我が国における核データ計算コード開発の現状と将来ビジョン」における報告を踏まえ、PHITSにおける核反応モデルの役割を解説するとともに、近年我々が行ってきた様々なモデルの高度化や今後の展開についてまとめたものである。

論文

Integrated simulation of fragmentation, evaporation, and gamma-decay processes in the interaction of cosmic-ray heavy ions with the atmosphere using PHITS

小川 達彦; 橋本 慎太郎; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 釜江 常好*

Proceedings of 3rd International Conference on Particle Physics and Astrophysics (ICPPA 2017) (Internet), p.391 - 398, 2018/04

宇宙線重イオンに起因する高エネルギー$$gamma$$線生成の反応において、重イオンは高速で地表に向かって進み、その破砕片から生じる即発$$gamma$$線はドップラー効果により数100MeV程度の高いエネルギーを持ち、地表でも観測できる。そのため、近年、宇宙放射線物理においてこの反応への高い関心が寄せられている。しかし、この高エネルギー$$gamma$$線の生成を計算で再現するためには、破砕反応を個々のイベントに分けて計算し、核破砕片の励起エネルギーや角運動量を計算し、さらに原子核構造データをもとにした脱励起計算をする必要がある。粒子重イオン輸送計算コードPHITSは、他のコードにはないこのような過程を模擬できるモデル等を含んでいる。例えば、近年PHITSは破砕片生成を計算するJAERI Quantum Molecular Dynamics (JQMD)モデルを改良し、破砕片の電荷や質量分布をより正確に再現することが可能となった。また、近年実装されたモデルEBITEMは、励起エネルギーや角運動量の情報に基づき、蒸発過程後の$$gamma$$脱励起を再現できる。以上のように、最新のPHITSは、宇宙線重イオンに起因する$$gamma$$線生成に対して優れた再現性を発揮できる。本研究は、PHITSを用いた宇宙線重イオンに起因する反応の統合的なシミュレーションにより、重イオンに起因する高エネルギー$$gamma$$線生成の再現について貴重なアプローチを図ったものである。

論文

Comparison of heavy-ion transport simulations; Collision integral in a box

Zhang, Y.-X.*; Wang, Y,-J.*; Colonna, M.*; Danielewicz, P.*; 小野 章*; Tsang, M. B.*; Wolter, H.*; Xu, J.*; Chen, L.-W.*; Cozma, D.*; et al.

Physical Review C, 97(3), p.034625_1 - 034625_20, 2018/03

 被引用回数:16 パーセンタイル:1.01(Physics, Nuclear)

2017年4月に開催された国際会議Transport2017において、重イオン核反応モデルの国際的な比較が議論された。重イオン加速器の安全評価や宇宙飛行士の被ばく評価等で重要な役割を果たすため、世界中で重イオン核反応の様々な理論モデルが開発されている。本研究はモデル間の共通点と差異を明らかにし、各モデルの問題点を明らかにした。比較において、辺の長さが20fmの直方体に320個の中性子と320個の陽子をランダム配置し、それらが時間発展に伴って起こす散乱の回数や散乱時のエネルギーなどを計算する条件が設定された。また、結果以外にも、理論モデルを構成するアルゴリズムについても比較を行った。発表者は重イオン核反応モデルJQMD(JAERI Quantum Molecular Dynamics)を用いて計算を行い、世界で開発されている15の計算コードによる計算結果と比較した。コードアルゴリズムの比較では、JQMDは必ず陽子から 優先的に衝突確率を計算し、その後に中性子の衝突を計算するため、物理描像の妥当性が指摘された。一方、JQMDは他のモデルとほぼ同じ計算結果を出すことも判明した。衝突回数や運動量の計算値が平均から2倍以上乖離するモデルもある中で、JQMDは本計算条件で安定した性能を発揮することが確認された。

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:14.04

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

Measurement of high-energy prompt $$gamma$$-rays from neutron induced fission of U-235

牧井 宏之; 西尾 勝久; 廣瀬 健太郎; Orlandi, R.; L$'e$guillon, R.; 小川 達彦; Soldner, T.*; Hambsch, F.-J.*; Astier, A.*; Pollitt, A.*; et al.

EPJ Web of Conferences (Internet), 146, p.04036_1 - 04036_4, 2017/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:4.05

核分裂に伴い放出される即発$$gamma$$線スペクトルの測定は高励起状態にある中性子過剰な核分裂片の脱励起過程を理解する上で重要であると同時に、革新的原子炉の設計といった応用分野においても重要である。これまで$$^{252}$$Cfの自発核分裂においては、核分裂片の巨大共鳴振動が励起されていることを示唆する、8MeVから20MeVにおいて膨らみを持つ高エネルギー$$gamma$$線が観測されていることが知られている。巨大共鳴振動励起の起源を理解するためには$$^{252}$$Cfの自発核分裂以外で即発$$gamma$$線スペクトルを測定する必要があるが、中性子誘起核分裂においては最近の測定においても9MeV程度までしか観測されていない。我々は$$^{235}$$U(n,f)においても20MeVまでの即発$$gamma$$線スペクトルの観測を目的とした測定を仏国ラウエ・ランジュバン研究所にある高中性子束炉の大強度冷中性子ビームを用いて行った。発表では測定で得られた結果について報告する。

論文

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。

論文

Benchmark study of the recent version of the PHITS code

岩元 洋介; 佐藤 達彦; 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; 細山田 龍二*; 仁井田 浩二*

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(5), p.617 - 635, 2017/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:0.82(Nuclear Science & Technology)

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、加速器遮蔽設計、医学物理計算など様々な目的で利用されている。本研究では、最新のPHITSバージョン2.88を用いて、核反応による粒子生成断面積、中性子輸送計算、電磁カスケード等に対する58ケースのベンチマーク計算を実施した。本稿では、このうち特徴的な結果を示した22のケースについて詳細に報告する。ベンチマーク計算の結果、100MeV以上の陽子、中性子、重イオン等の入射反応や電磁カスケードについては、PHITSによる計算結果は実験値を概ね再現した。一方、100MeV未満の粒子入射反応は、PHITSが設定を推奨している核内カスケードモデルINCL4の適用範囲外のエネルギー領域であるため、再現性が悪いことが確認された。また、100MeV以上の陽子入射反応のうち、核分裂成分の収率に対して、蒸発モデルGEMの高エネルギー核分裂過程の取り扱いの問題から実験値を再現しない場合があった。これらの課題は、評価済み核データJENDL4.0/HEをPHITSに組み込むこと等で改善していく予定である。以上のように、本研究でPHITSの様々な適用分野における計算精度を検証するとともに、今後の効率的な改善に重要な指針を得ることができた。

論文

Comparative study of Monte Carlo particle transport code PHITS and nuclear data processing code NJOY for recoil cross section spectra under neutron irradiation

岩元 洋介; 小川 達彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 396, p.26 - 33, 2017/04

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

中性子照射による一次はじき出し原子(PKA)が金属中に欠陥を生成するため、PKAスペクトル計算の妥当性を検証することは放射線損傷の評価において重要である。本研究では、評価済核データライブラリーTENDL2015、ENDF/B-VII.1等と粒子・重イオン輸送計算コードPHITSのイベントジェネレータモード及び核データ処理コードNJOYとを組み合わせて、原子炉で使用される代表的な材料のPKAスペクトルを計算し、計算値の相互比較を行った。また、PKAスペクトルの積分値である熱値をPHITSを用いて計算し、核データライブラリーのACEファイルに格納されている値と比較した。その結果、全ての核種に対して、TENDL2015とPHITS及びNJOYを組み合わせて得られたPKAスペクトルの差は小さくなった。また、ENDF/B-VII.1の$$^{72}$$Ge, $$^{75}$$As, $$^{89}$$Y及び$$^{109}$$Agにおける反跳核のエネルギーと角度分布が正しくない、TENDL2015のACEファイルに格納されている熱値は、中性子捕獲反応の$$gamma$$線データが正しくないため、本反応が起こるエネルギー領域で問題があること等が確認された。一方、PHITS+TENDL2015は全ての核種に対してPKAスペクトルや熱値を正しく計算できることがわかった。

論文

Reproduction of heavy-ion irradiation effect on organic polymers using radiation transport simulation code

小川 達彦; 八巻 徹也*; 佐藤 達彦

QST-M-2; QST Takasaki Annual Report 2015, P. 46, 2017/03

放射線施設安全や産業利用等の分野で、放射線照射による材料の物性変化は非常に重要となるため、様々な角度から研究が進められている。放射線による物性変化は、入射粒子のエネルギーが材料内に付与され、材料の化学結合がナノメートルからマイクロメートル程度の空間で局所的に変化することで起こる。従来、吸収線量が照射効果の指標とされてきたが、吸収線量や線エネルギー付与(LET)が同じでも、入射粒子の線種によって物性変化が異なる事例も知られている。放射線輸送計算コードPHITSは、ナノメートルからマイクロメートル程度の空間におけるエネルギー付与を計算する機能を持ち、LETの他に比エネルギー沈着(Specific energy deposition)などを計算できる。そこで、この機能を用いて計算した各線種ごとのエネルギー付与が起こす化学変化を理論的に予測して、線質による物性変化の違いを説明することを試みた。ポリエーテルスルホン膜に、10MeV陽子・50MeV $$^4$$He・$$^{12}$$Cを照射した際の引っ張り破断伸び低下を推定したところ、同じ吸収線量でも炭素照射による引っ張り破断伸びの低下は、陽子やヘリウム照射による低下の半分になるという実験結果を再現した。また、分子鎖の破断がランダムな位置で起こり、100eVの沈着でその領域が引っ張り強度を失うという仮定から、線量に対する引っ張り破断伸びの低下の飽和性も説明できた。

論文

Review of the microdosimetric studies for high-energy charged particle beams using a tissue-equivalent proportional counter

津田 修一; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐々木 慎一*

JPS Conference Proceedings (Internet), 11, p.060004_1 - 060004_6, 2016/11

高エネルギー荷電粒子に対する生物学的効果を評価するうえで、細胞内の微小な領域中のビームの飛跡及びその近傍における詳細なエネルギー付与分布に関する情報は重要である。本研究では機構で開発した生物学的線量評価モデルに組み込まれているエネルギー付与分布計算モデルの精度検証を行うために、種々の高エネルギー荷電粒子ビームに対する線エネルギー($$y$$)分布測定を実施してきた。放射線計測器に関する国際会議において、原子力機構で開発した高エネルギー荷電粒子に対する$$y$$分布測定用の壁なし型組織等価比例計数管について紹介するとともに、これまでに行った一連の研究成果を報告する。

論文

Development of general nuclear resonance fluorescence model

小川 達彦; 橋本 慎太郎; 佐藤 達彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(11), p.1766 - 1773, 2016/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.29(Nuclear Science & Technology)

核共鳴蛍光散乱反応(NRF)は、断面積ピークのエネルギーが同位体固有であることや、標準的な$$gamma$$線検出器で測定が行えることなどから、核物質探知のための非破壊検査に対する応用が期待されている。現在のところNRFに関する研究では、逆コンプトン散乱を用いた単色光源の開発が進められており、実験技術は急速に進歩している。一方でシミュレーションはMCNP、Geant4などのコードで、これまでに測定された断面積を用いて、U-235など数核種のNRFを扱えるモデルが非公式版として開発されたものの、汎用的にNRFを再現できるモデルは開発されていない。本研究では、LiからBkまでの不安定核を含む1071核種について、ENSDF(Evaluated Nuclear Structure Data File)に掲載されている準位の情報と、原子核の準位間遷移に関する理論計算を組み合わせることで、汎用的にNRFを模擬するモデルEGNRF(ENSDF-based Generalized Nuclear Resonance Fluorescence model)を開発した。さらに、EGNRFを放射性核種生成や核物質探知のシミュレーションに応用する試験を行い、EGNRFの有効性を明らかにした。本モデルは、2015年12月25日に公開されたPHITS Ver.2.82に実装され、ユーザーに提供されている。

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

Measurement of lineal energy distributions for ion beams using a wall-less tissue equivalent proportional counter

津田 修一; 佐藤 達彦; 小川 達彦

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 141, 2016/09

イオンビームに対する生物学的効果を評価する上で、生体中でのイオンビームの飛跡およびその近傍における詳細なエネルギー付与分布は重要なデータである。本研究では、PHITSに組み込まれている最新の生物学的線量評価モデルのエネルギー付与分布計算の精度検証を行うため、高崎量子応用研究所TIARAで 壁なし型組織等価比例計数管にペンシル状のビームを照射し、径方向の線エネルギー($$y$$)分布データおよび$$y$$の線量平均値($$overline{y}$$$$_{D}$$)を取得した。その結果、PHITSによる計算結果は測定した$$y$$分布をよく再現することがわかった。また30MeV陽子は、陽子より重いイオンの場合と異なり、ビーム軸上で$$overline{y}$$$$_{D}$$値は最小となり、ビーム軸に対する垂直面の径方向の距離とともに緩やかに増加した。これは陽子ビームと二次的に生成されるデルタ線の阻止能がほぼ等しいことに起因するためであり、約30MeV以上の陽子ビームでは飛跡構造がほぼ一様であることを実験的に示した。

論文

Application of JAERI Quantum Molecular Dynamics model for collisions of heavy nuclei

小川 達彦; 橋本 慎太郎; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*

EPJ Web of Conferences (Internet), 122, p.04005_1 - 04005_6, 2016/06

BB2015-0309.pdf:0.24MB

 パーセンタイル:100

重粒子線がん治療施設などの重イオン加速器の放射線安全評価においては、原子核-原子核反応の正確なモデル化が重要となる。放射線輸送計算コードPHITSはその反応モデルとして、JAERI量子分子動力学モデル(JQMD)を採用してきた。このモデルにより、残留核や二次中性子の生成をある程度正確に計算することができたが、核子間に働く相互作用が相対論不変な形式になっておらず、座標変換によって核内の定常状態から離脱する問題があった。この問題により、加速器の構造材や遮へい材として用いられる鉄や鉛などの核は反応を起こす前に崩壊しやすく、反応による崩壊とそうした疑似的崩壊が区別できなくなっていた。そこで、原子核内における核子間の相互作用を座標変換の相対論的効果に対して安定な形式に直す、核反応前の原子核を時間発展させて崩壊しないかチェックする、核媒質内効果を考慮して核子間の弾性散乱断面積を補正するなどの工夫を施した。この改良型JQMD(JQMD 2.0)を用いて、銀ターゲットに対する炭素イオン入射反応におけるフラグメント生成断面積を計算したところ、より正確に実験値を再現できることを確認した。

論文

Analysis of angular distribution of fragments in relativistic heavy-ion collisions by quantum molecular dynamics

小川 達彦; 佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; 仁井田 浩二*

EPJ Web of Conferences (Internet), 117, p.03011_1 - 03011_8, 2016/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:20.72

原子核-原子核衝突反応におけるフラグメントの角度分布は、原子核理論研究及び粒子線応用において重要な要素である。量子分子動力学(QMD)モデルは汎用放射線輸送計算コードにおいて原子核-原子核衝突反応とそれに伴う破砕片の生成を再現するために広く採用されている。しかし、QMDモデルは破砕片の角度分布を実際より広く見積もる傾向があり、PHITSに実装されているJQMDもこれにあてはまる。そこで、原子核同士の周辺が擦れるような周辺衝突に関する反応の描像を改善することで、角度分布のより正確な再現を可能にした。ここでは、最初に核子間の相互作用を相対論不変な形式に書き直すことにより、反応を起こしていない核が疑似的に崩壊することを防いだ。これにより、周辺衝突した核と疑似的に崩壊した核が区別できないという、従来抱えていた問題を解決した。さらに、核子-核子間の弾性散乱断面積が核の外側でパウリブロッキングの減少により増加する効果を取り込み、周辺衝突の場合核子-核子散乱断面積が大きくなる効果の反映を可能とした。その結果、改良版JQMD(RJQMD)はJQMDと比較して、衝突反応で生じるフラグメントの角度分布をより正確に再現することが可能になった。

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