PHITS開発の現状

発表内容

1. PHITS最近の動向

2. 最新版PHITSの特徴

3. まとめ＆今後の予定

PHITS開発チーム一同

2015/03/30

1

最近の更新履歴

2013年11月：

2014年1月：

2014年3月：

2014年8月：

2015年3月：

2015年4月：

PHITS 2.64更新パッチファイル公開

PHITS 2.64 国内公開（RIST登録）

PHITS 2.64 海外公開（OECD/NEA Databank登録）

PHITS 2.70（EGS実装版）の講習会での配布を開始

PHITS 2.76更新パッチファイル公開

PHITS 2.76 RIST登録（予定）

2

2010 2012 2014 20160

500

1000

150005

1015

機関数 教育版 12機関

年

国内ユーザ

ー数

原子力機構以外原子力機構内

1358名

180名

ユーザー数の変化

*PHITS講習会に参加，もしくはRISTを通してPHITSを入手した人数

国内*のPHITSユーザー数

平成26年度で368名で増え，国内で1,500名突破！！

PHITS2.24公開

教育版公開

3

発表内容

1. PHITS最近の動向

2. 最新版PHITSの特徴

3. まとめ＆今後の予定

4

PHITS2.70平成２６年の定期講習会で配布開始

光核反応モデルの組込（E>1GeV）（野田・安部）

DWBA（歪曲波ボルン近似）の導入（橋本）

ミューオン核反応モデルの組込（安部・野田）

Gy単位出力オプションの追加（古田）

円錐形状線源への対応（仁井田）

領域エラーチェック機能の開発と導入（仁井田・佐藤）

イベントジェネレータモードVer.2の開発と組込（小川）

標準出力（phits.out）とエラー出力の改訂（仁井田・佐藤）

Dumpを使った再開始計算機能の追加（橋本）

R-JQMDモデルの導入（小川・仁井田）

検出器分解能考慮オプションの導入（佐藤）

EGS5の組込（一部機能未対応）（岩瀬・仁井田）

PHITS2.64からの主な変更点（担当者）

5

PHITS2.76平成２７年３月に更新パッチ公開

EGS5のスレッド並列化（佐藤・岩瀬）

ミューオン捕獲反応モデルの組込（安部）

Sum tally機能の追加（橋本）

DCHAIN-SP2014の導入（甲斐・松田・岩元）

Kurotamaモデルの改良（Sihver・橋本）

核準位データ(trxcrd.dat)のソース組み込み（小川）

角度分散を調整するパラメータの導入（佐藤・岩元）

Phase Space File変換プログラムPSFC4PHITSの開発（古田・橋本）

PHITS2.70からの主な変更点（担当者）

6

PHITS2.76に組み込まれた物理モデル

PHITSに組み込まれた物理モデルとその適用エネルギー範囲**モデル及びその適用エネルギー範囲は入力ファイルにて変更可能

イベントジェネレータモード ver. 2：核反応による全ての２次粒子情報を核データより決定

電離損失SPAR or ATIMA

中性子陽子・π粒子

（その他の核子）重イオン

電子・陽電子

核内カスケード模型 JAM+ 蒸発模型 GEM

量子分子動力学模型

JQMD+

蒸発模型GEM

核内カスケード模型 INCL4.6+

蒸発模型 GEM

核データライブラリ

JENDL-4.0

μ粒子

原子データ

ライブラリEEDL /ITS3.0 /EPDL97

or

EGS5

光子

200 GeV 100 GeV/n

3.0 GeV

20 MeV

10-5 eV

1 MeV

1 keV

10 MeV/n

100 GeV100 GeV

1 keV 1 keV

仮想光子核反応

JAM/JQMD

+GEM

低←

エネ

ルギ

ー→

高

d

t

3He

α200 MeV

100 GeV

光核反応JAM/JQMD

+GEM

+JENDL

原子データ

ライブラリJENDL-

4.0/ EPDL97

or

EGS52 MeV

7

EGS5の組み込み

電磁カスケード計算専用コードEGS5*の輸送アルゴリズムをPHITSに組み込んだ

[parameters]セクションで以下を指定• negs = 1• file(20)= EGSライブラリ格納フォルダ

（デフォルトはc:/phits/XS/egs）

• 定義できる物質数の制限値が100• 巨大なタリーや体系などを使うとメモリ

オーバーになる可能性がある• [t-track]や[t-cross]で電子・陽電子フラッ

クスがガタガタする。

使い方 注意点

*H. Hirayama et al., SLAC-R-730 (2005) and KEK Report 2005-8 (2005)

PHITS-originalとPHITS-EGS5の比較

1MeV光子入射に対するNaIの応答関数

0 0.5 110−3

10−2

10−1

100

付与エネルギー (MeV)

応答

関数

(cm

2 ) PHITS−originalPHITS−EGS5

0 50 1000

0.05

0.1

水中の深さ (g/cm2)付与

エネ

ルギ

ー (M

eV/s

ourc

e)

PHITS−originalPHITS−EGS5

10MeV光子入射に対する水中の線量深度分布

8

光核反応モデルの改良

巨大共鳴におけるアイソスピン選択性を考慮

準重陽子共鳴反応（Eγ＜150MeV）をJQMDに組み込み

核子共鳴反応（Δ,N*など，Eγ＜2GeV）をJQMDに組み込み

非共鳴反応（ストリング生成，Eγ＞2GeV ）をJAMに組み込み

改良点

改良前後のPHITSで計算したC(γ,p), C(γ,n), C(γ,3α)反応断面積

10 20 30 4010−2

100

102

Photon Energy (MeV)

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

(γ, p)PHITS2.64PHITS2.30Exp. (Carchon 1976)

10 20 30 4010−2

100

102

Photon Energy (MeV)

(γ, n)PHITS2.64PHITS2.30Exp. (Fultz 1966)

10 20 30 4010−2

100

102

Photon Energy (MeV)

(γ, 3α)PHITS2.64PHITS2.30Exp. (Afanasev 2008)

S.Noda et al., JNST (2014) DOI:10.1080/00223131.2014.923349 9

ミューオン核反応モデルの組込

標的核仮想光子

ミューオン 荷電粒子は仮想光子を介して相互作用

仮想光子のエネルギーおよび運動量をサンプリングした後、光核反応モデルを用いて仮想光子と標的核の相互作用を計算

（μ, 28Si）反応に対するシミュレーション結果

10-3

10-2

10-1

100

101

100 1000 104 105

反応

断面

積 (m

b)

ミューオンエネルギー, Eµ (MeV)

標的: 28Si

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

0 200 400 600 800 1000

生成

量 (/

sour

ce) neutron

H ionHe ion

エネルギー (MeV)

Eµ = 100 GeV

photon

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

1000 104 105

1 GeV10 GeV100 GeV

Eµ =

仮想光子エネルギー, Eγ* (MeV)

エネ

ルギ

ー微

分断

面積

(mb/

MeV

)

全核反応断面積 仮想光子放出断面積 2次粒子生成断面積

10

np +→+−µνµ

µννµ ++→ −−ee

崩壊:

負ミューオン

特性X線 減速された負ミューオンは原子に束縛され、1s軌道への遷移過程で特性X線が放出

その後、負ミューオンは軌道上で崩壊 or 原子核捕獲

負ミューオン捕獲反応モデルの組込

原子核捕獲:

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80中

性子

生成

量 (1

/cap

/MeV

)中性子エネルギー (MeV)

PHITS実験値標的: 28Si

中性子生成断面積

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

10-3 10-2 10-1 100 101

光子

生成

量 (1

/cap

/MeV

)

光子エネルギー (MeV)

標的: 28Si

光子生成断面積 重イオン生成比

10-2

10-1

100

101

Na Mg Al

生成

比

PHITS文献値 (D.F.Measday,2001)

標的: 28Si

11

脱励起モデルEBITEMの導入ENSDF-Based Isomeric Transition and isomEr production Model

核反応(INCL, JQMD…) 残留核形成(GEM) γ脱励起(EBITEM)

励起核

γ γ

γ

ここを改良

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

0 2 4 6 8 10

PHITS-2.60PHITSMorgan et al.

ガンマ線エネルギー (MeV)

ガン

マ線

強度

(mb/

MeV

/sr)

100

10-1

101

102

0 2 4 6 8 10

即発γ線スペクトルを高精度化

NatO(n,xγ) 20 MeV θ=135°

準安定状態（アイソマー）を考慮

反応 300 MeV56Fe(p,x)X

630 MeV186W(p,x)X

生成核 44mSc 52mMn 174mLu 184mRe

実験* 0.48± 0.18

0.41 ± 0.30

0.44 ± 0.12

0.21± 0.04

PHITS 0.48 0.41 0.42 0.17

核反応後のアイソマーへの分岐比

*Yu. E. Titarenko et al, 2008; S.A Karamian et al., 2004

T.Ogawa et al., NIM B, 325, 35-42 (2014)12

natLi(d,xn) at 40 MeV

離散スペクトル

DWBAの導入

（p,Li）など軽核の核反応は，中性子源の設計など工学応用目的で重要

核内カスケードモデルでは，殻構造を無視しているため離散スペクトルを再現できない

歪曲波ボルン近似（DWBA）に基づ

く量子力学的な計算結果と核内カスケードモデルを組み合わせることにより，軽核の核反応を再現

導入の流れ

S. Hashimoto et al., NIM B 333, 27-41 (2014)

現在は(p,7Li), (p,9Be), (d,6,7Li), (d,9Be), (d,12,13C)反応のみ対応

13

Event Generator Mode Ver.2の開発

T.Ogawa et al., NIM A, 763, 575-590 (2014)

(n,γ), (n,n), (n,n’)【EG mode】 20MeV以下の中性子による反応に適用でき、エネルギー・運動量保存、残留核生成を考慮する。⇒中性子カーマ、残留核計算等に必要

(n,2~4n), (n,p), (n,a), (n,t), (n,np), (n,na) …

従来対応

新しく対応

⇒従来は反応モデルを用いて近似

20MeV中性子入射 14N(n,2n)

中性

子束

(/MeV

/sr)

0 2 4 6 80.00

0.05

0.10

0.15

0.20

Ver.2

Ver.1 JENDL4.0

90 方向

エネルギー (MeV)

°

14MeV中性子入射 60Ni(n,Xα)*

二次粒子スペクトルの再現性が改善

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

0 5 10 15

α 線

束(/M

eV/s

r)

エネルギー (MeV)

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-60 5 10 15

Ver.2

Ver.1

Exp (Grimes)

14

0

40

80

120

160

200

5 10 15 20 25

生成

断面積

(mb)

生成核の原子番号

系列1

系列3

系列4

重イオン核反応モデルR-JQMDの導入Relativisitic Jaeri Quantum Molecular Dynamics Model

【R-JQMD】核-核衝突のモデルJQMDの改良版

入射核

標的核

・・・破砕片：要改善

・・・中性子：JQMDでよく再現

少し欠ける反応前方成分

を過小評価

700MeV/u 12C入射 12C(NatFe,X)

破砕片生成断面積の再現性が改善

実験値(Flesh et al.)

JQMD

R-JQMD

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

0 1 2 3 4 5

B11 R-JQMDB11

放出角度(degrees)

8Li

8Li R-JQMD

10-4

10-2

100

102

生成

断面

積(m

b/sr

)

0 1 2 3 4 5

0度付近の凹みを解消

400MeV/u 12C入射 12C(NatC,X)

200

160

120

80

40

0

15

ジオメトリチェック機能

使用例

導入したジオメトリチェック機能

従来の確認方法

• 未定義領域：実際に粒子輸送計算を行い，Lost Particleの位置から推定

• 多重定義領域：確認方法なし

使い方：ジオメトリ2次元描画機能を使う（[t-gshow]もしくはicntl = 8）

出力：

• 多重定義領域がある場合は黒，未定義領域は紫で表示

• 領域エラーの座標を*.errファイルに出力

注意点：• xyzメッシュの格子点でしか確認

しない → 小さいエラー領域は見落とす可能性がある

Errors of cell definition in EPS Page No. = 1Overlapped Cell IDs x, y, z coodinates(Cells 0 0 indicate undifined region)

2 1 -2.827861E+00 1.234568E-11 -8.079602E-012 1 -2.827861E+00 1.234568E-11 -6.059701E-012 1 -2.827861E+00 1.234568E-11 -4.039801E-01

…

*.errファイル

16

Sumtally機能

1. 足しあわせたい複数のタリー結果のファイルを用意する2. タリー結果の条件（mesh, axis, partなど）が書かれたタリーセクションにおいて、

sumtallyサブセクションを設定する3. [parameters]セクションにおいてicntl=13とする＊ただし、バージョン2.76で本機能を利用できるのは[t-track]と[t-deposit]のみ（[t-deposit]のoutput=depositは不可）です。

左から照射した結果と右から照射した結果を重み付けして足し合わせた結果

足し合わせ

複数のタリー結果を足し合わせることができる• ヒストリー数を考慮して足し合わせる（手動並列計算）• 任意の重み付けをして足し合わせる（加重平均計算）

使い方（マニュアル5.8節参照）

17

医学物理計算用の補助プログラム

医療画像DICOM形式のデータ

１ファイル＝１スライスデータ フォルダ全体のデータを３D表示

PHITS形式のボクセルデータ

入力情報

変換

DICOM形式のイメージデータをPHITS入力形式に変換するプログラムDICOM2PHITS

誰でも簡単に医学物理計算が可能となった

PSFC4PHITS

加速器部分（上流）のシミュレーションを省略し、ビーム照射部分（下流）のみのシミュレーションが可能

IAEAのNuclear Data Servicesから入手可能

加速器線源情報Phase-Space FileをPHITS入力形式に変換するプログラム

ボクセルの分解能と範囲・位置・方向，CT値から組織への変換テーブル

18

DCAHIN-SP2014の導入

従来versionからの変更点

PHITSの出力から残留放射能の時間変化を計算するプログラム

1. 高精度化

2. PHITSとの親和性の向上

20MeV以下の中性子に対する残留核生成断面積ライブラリーを175群から1968群に変更）

残留放射能の時間変化をANGEL形式で出力

残留放射能によるγ線生成スペクトルをPHITSの[source]セクション形式で出力 → 残留放射能による空間線量分布が計算可能

各タリー領域における残留放射能（Bq）及び崩壊熱（W)の時間変化の計算例19

発表内容

1. PHITS最近の動向

2. 最新版PHITSの特徴

3. まとめ＆今後の予定

20

まとめ

PHITS v2.76への更新パッチファイルを公開

EGS5やイベントジェネレータモードver2の導入により，いくつかの奨励設定が変更になっているので注意が必要

RIST，OECD/NEA，RSICC登録版は，順次，更新予定

様々な新しい機能の導入やバグ修正が行われているため，引き続きPHITSを使う場合は，

必ず更新してください。

21

今後の予定

核反応モデル改良

新たな計算機能の追加

ユーザー支援機能の拡充

核共鳴蛍光散乱反応の組み込み

JENDL高エネルギー核データファイルとのセット配布

GUIの開発

ポリゴン形状の読み込み機能の開発

R-θ-Zメッシュタリーの導入

Adjoint計算モードの開発

低エネルギーへの拡張（空間分解能の向上）

22

お願い

更新にはML登録が必要ですので，最新版への更新をご希望の方は，PHITSホームページを参照の上，必ず登録してください

バグを見つけた場合や，改良の要望がありましたら，PHITS事務局<phits-office@jaea.go.jp>までご連絡ください

更新情報は，PHITSホームページ及びFacebookページにて随時お知らせします

現在，224

http://phits.jaea.go.jp/ https://www.facebook.com/phitscommunity 23