PHITS ver.3.34の概要
PHITS開発チーム一同
2024/04

1

最近の更新履歴

2023年04月： PHITS 3.31をRISTに登録
2023年09月： OECD/NEAデータバンクにPHITS 3.33を登録
2023年12月： PHITS公式引用文献を更新*
2024年04月： PHITS 3.34をRIST、OECD/NEA DBに登録*T. Sato et al., Recent improvements of the Particle and Heavy Ion Transport code System - PHITS version 3.33,J. Nucl. Sci. Technol. 61, 127-135 (2024)2

機関数

PHITSユーザー数の変化
40

教育版（2013年度以降）

20

41機関

ユーザー数

06000

国内（2010年度以降）
国外（2019年度以降）

40006448名

3041名

200002010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024
年

PHITSユーザー数*9,000名突破！！
*国内：PHITS講習会に参加，もしくはRISTを通してPHITSを入手した人数
国外：2019年度以降に原子力機構より直接入手した人数

3

国別ユーザー数（2019年度以降）
Top 10 countries
Country#users

Japan

2873

Indonesia

410

United States

333

South Korea

249

Philippines

211

China

165

France148

Argentina

129

2019年度以降の国別ユーザー数*Spain

114*2024年3月04日時点、所属機関の国でカウント

Malaysia

113

5年間で76ヶ国から5,890名が新規ユーザー登録！
https://phits.jaea.go.jp/usermap/PHITS_map_userbase.html

4

PHITSに組み込まれた物理モデル（奨励設定）
陽子

低 ← エネルギー → 高中性子

原子核

μ粒子

1 TeV

1 TeV/n

1 TeV

JAM + GEM

JAMQMD
+ GEM

電子

光子
1 TeV

JAM/
JQMD
+GEM

JAM/
JQMD
t
EGS5,
JQMD+EPDL97
3HeETSINCL4.6 + GEM+GEMoror
α200 MeV
200 MeV
GEM+ETSART EGS5JENDLdJENDL-5
20 MeV
ATIMA
10 MeV/n++1 MeV
NRFOriginal ModelJENDL-4
ATIMA oror
1 keV KURBUC / ITSART
1 keV
1 keV
1 keV
JENDL-5 *負ミューオンのみ（捕獲反応）
ETS or*JQMD +ETSART
GEM
0.01 meV
1 meV
3.0 GeV

赤: 原子核反応モデルもしくはライブラリ

青: 原子反応モデルもしくはライブラリ

灰色でハイライトしたモデルやライブラリは、初期設定では利用されない

JENDL-5が利用できる場合はその利用を奨励するように変更（ただしデフォルトでは限定核種のみ）

5

最近の改良点①
PHITS3.31からの主な変更点（担当者）
 拡張された統計指標出力機能の開発（橋本） 飛跡構造解析結果から化学反応を模擬するコード（PHITS-Chem）の開発（松谷） 任意物質に対する電子飛跡構造解析モードETSARTの導入（平田） [weight window]と[t-wwg]の改良（佐藤、仁井田） 厚いターゲット及び荷電粒子ライブラリを用いた[forced collisions]の導入（佐藤）*1)
 荷電粒子に対するAdjointモードの導入（佐藤） JENDL-5自動ダウンロード・セットアッププログラムの整備（執行、佐藤）*2)
 PHITS入力ファイル作成専用エディタ（PHITS-Pad）β版の組込（橋本）*3)
 PHIG-3Dへの4次元(x,y,z,t)飛跡可視化機能の追加（坂木）*4)
1. （一財）RISTの協力により実施
2. アドバンスソフト株式会社の協力により実施
3. 原子力機構・計算科学センターの協力により実施
4. 海上技術安全研究所の大西世紀博士の協力により実施
6

最近の改良点②
PHITS3.31からの主な変更点（担当者）
 一部核種に対するJENDL-5の組込（JENDL-4.0/HEからの入替）（佐藤）*1)
 各タリーやicntl = 1モードでmultiplierの値を出力する機能の導入（佐藤）*2)
 Windows用インストーラの更新（佐藤）*3)
 タリー結果の最大値を指定値に規格化するモードの導入（小川）*4)
 [t-deposit2]で検出器分解能を考慮する機能の追加（佐藤） meta-stableに対する中性子核データライブラリ読み込み機能の追加（橋本） 任意イオン・物質に対する飛跡構造解析モードITSARTのアルゴリズムを改良（小川） [t-deposit]に[multiplier]で定義したLET任意関数で重みづけする機能を追加（佐藤、平田） [User Defined Interaction]と[User Defined Particle]を導入（坂木） [t-interact]の飛跡構造解析モードにおける反応カテゴリを整理（小川、甲斐、平田、佐藤）
1. 原子力機構・今野力博士、多田健一博士、中山梓介博士、岩本信之博士の協力により実施
2. （一財）RISTの協力により実施
3. アドバンスソフト株式会社の協力により実施
4. 原子力機構・計算科学センターの協力により実施

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拡張された統計指標出力機能
 タリー結果に関する新たな統計指標：分散の分散(VOV: variance of variance)、性能指数(FOM: figure of merit)、確率密度分布の出力
 統計指標の収束状況を確認するstatistical check sheetの出力

VOV（左）とFOM（右）の全ヒストリー数に対する推移• 統計誤差のばらつきを表すVOVは1/Nで減少• 時間に対する計算効率を表すFOMは一定値に収束
Statistical check sheet
詳細はマニュアル6.10参照(入力ファイルはphits/sample/itall3) 本開発は原子力規制庁からRISTへの委託事業により実施8

PHITS専用ケミカルコードの開発
 飛跡構造解析モードとユーザー定義タリーを利用して生成されるG値の推定
 13種類の化学種の拡散・反応の推定、OHスカベンジャーの考慮も可能※ 化学種の種類： •OH, eaq–, •H, H3O+, H2, H2O2, HO2, O2,OH–, O2–, HO2–, •O•, O–［飛跡構造解析モード（PHITS-ETS mode）］［ケミカルコード（PHITS-Chem code）］

電離・励起等の相互作用を出力例）10 keV e-の計算
点線源

OH•, eaq–, •Hなど
13種類の化学生成物の生成・拡散・反応を考慮•OHスカベンジャー

飛跡構造解析モードONの領域（Tris，DMSO）の考慮も可能

実験値や他コードの結果を再現するPHITS専用化学コードの開発に成功！
See phits/utility/usrtally/ChemCode & Y. Matsuya et al. Phys. Med. Biol. 69, 035005 (2024)9任意物質に対する電子線飛跡構造解析モード（ETSART）
 ETSARTは任意の物質中における電子の挙動を数eV程度の低エネルギーまで追跡する機能（ver3.34では固体を対象としたモデルのみ実装）
 バンドギャップをインプットパラメータすることで固体中の電子励起を模擬する

x [nm]

1000-100SiO2における電子正孔対分布
半導体や蛍光体のε値
ナノメートルオーダーの電子正孔対の生成分布（左図）や、検出器の応答評価に重要な電子正孔対の生成に必要なエネルギー（ε値）のシミュレーションが可能（右図）
Y. Hirata, et. al., Jpn. J. Appl. Phys., 62, 106001 (2023)

10

[weight window]と[t-wwg]の改良
 ヒストリーカウンターを用いた粒子誘導型[t-wwg]の導入
 粒子の無限増殖が発生しないよう分割を抑制するパラメータmaxbnwを導入*
 xyzメッシュの最大・最小値が整数で定義されていた場合に自動で微調整する機能を導入
この領域にヒストリカウンタを設定
粒子が誘導され上方向の誤差が小さくなるが、他の領域では逆に誤差が大きくなる

neutron20 MeVConcrete

通常の[t-wwg]

粒子誘導型[t-wwg]

異なる[t-wwg]を使って作成した[weight window]を使って同じ時間で計算した実効線量の相対誤差詳細は phits/lecture/advanced/weightB 参照*原子力規制庁からRISTへの委託事業により実施

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厚いターゲットに対する荷電粒子の[forced collisions] ターゲットを50等分*し、分割した各領域での核反応発生頻度をあらかじめ計算
 その確率に従って反応ポイントを決定し、核データもしくは核反応モデルを使って反応を再現*分割数は[parameters]セクションで定義するnfcsegにより変更可能[forced collisions]なし[forced collisions]あり

20MeV/nの重陽子をフルストップBeターゲット（0.9cm）に照射したときの放出粒子フルエンス
phits/recommendation/neutronsource参照
12荷電粒子に対するAdjointモードの導入
Adjointモードとは？

••••

時間反転させた粒子輸送計算
タリーしたい場所から線源を発生させてAdjointモードで輸送すると、その粒子の由来が分かる
従来は光子に対してのみ適用可能だったが荷電粒子にも対応させた
ただし、阻止能と磁場の影響のみ考慮し、核反応は考慮しない

この点で止まった陽子の由来が知りたい（e0 = 0.1, dir= -1で発生）磁場の掛かった水中での陽子逆飛跡

水中の外に出るときの陽子エネルギー分布

詳細は /phits/utility/adjoint/charged参照

13

JENDL-5自動ダウンロード・セットアッププログラムの整備
セットアップ手順
1. インストールしたいライブラリ*を選択
2. 選択したライブラリを自動でダウンロードして展開
3. ダウンロードしたフォルダ内にあるアドレスファイル(xsdir)情報をPHITS用アドレスファイル（通常はdata/xsdir.jnd）に追加**
4. 物質の天然元素展開機能をJENDL-5準拠にする*中性子（温度別）、陽子、重陽子、α粒子、光原子、光核反応、熱中性子散乱則（物質別）が選択可能

ライブラリ選択画面（Windows用）**最後にダウンロードしたライブラリが優先して使われるようになるので、温度別中性子ライブラリを選択した場合は注意が必要

プログラムは、phits/XSフォルダ格納14

PHITS用テキストエディタPHITS-Pad
 PHITS固有のパラメータや入力値を色で強調表示
 入力ファイルの作成をサポートするヒント表示機能

ヒントの表示（ウインドウはドラッグで移動可能）

PHITS-Padウインドウ
詳細はphits/phitspad/manual参照

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PHIG-3Dを用いた４次元(x,y,z,t)粒子飛跡の描画
1. [ t-4Dtrack ] セクションで粒子の飛跡ファイルを生成
2. 飛跡ファイルを PHIG-3D で描画。静止画と動画を作成可能
PHIG-3D の飛跡表示画面（出力ファイルを読み込む）

セクションの記入例[t-4Dtrack]
file = track.out

飛跡の色や線幅を指定

フレーム数の指定
静止画・動画の出力

So Simple!!

陽子
中性子
光子
生成核種etc.

今後の予定飛跡構造解析モードの拡張 個別対応元素の拡充（生命・検出器・半導体材料など）
 物質生命科学とのカップリングモジュールの改良核データ親和性の向上
 JENDL-5.0を用いた吸収線量計算、イベントジェネレータの開発ユーザー支援機能の拡充
 PHITS-Padの改良（ヘルプ・入力補助機能の拡充）
 RT-PHITSの改良

計算精度の向上
 JQMD ver. 2.0の高速化と高精度化
 包括的V&Vと統計・系統誤差評価方法の拡張
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