PHITS開発の現状
PHITS開発チーム一同
2015/03/30

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

1最近の更新履歴

2013年11月： PHITS 2.64更新パッチファイル公開
2014年1月： PHITS 2.64 国内公開（RIST登録）
2014年3月： PHITS 2.64 海外公開（OECD/NEA Databank登録）
2014年8月： PHITS 2.70（EGS実装版）の講習会での配布を開始
2015年3月： PHITS 2.76更新パッチファイル公開
2015年4月： PHITS 2.76 RIST登録（予定）2ユーザー数の変化

国内ユーザー数

機関数

151050
1500

教育版

12機関

教育版公開
原子力機構以外
原子力機構内

1358名

1000

PHITS2.24公開
500
180名
02010

2012

2014

2016

年

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！！
*PHITS講習会に参加，もしくはRISTを通してPHITSを入手した人数

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

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PHITS2.70
平成２６年の定期講習会で配布開始

PHITS2.64からの主な変更点（担当者）
 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）
5

PHITS2.76
平成２７年３月に更新パッチ公開

PHITS2.70からの主な変更点（担当者）
 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）

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PHITS2.76に組み込まれた物理モデル
中性子

陽子・π粒子（その他の核子）

低 ← エネルギー → 高200 GeV

核内カスケード模型 JAM
3.0 GeV + 蒸発模型 GEM

μ粒子

100 GeV/n

100 GeV 100 GeV
100 GeV
仮想光子
原子
原子
光
核反応
データ
データ 核反応
JAM/ ライブラリ ライブラリ JAM/
JQMD
EEDL /JENDL- JQMD++ITS3.0 /4.0
EPDL97 / EPDL97 GEM
GEM

量子分子動力学模型
dJQMD
核内カスケード模型 INCL4.6+t+蒸発模型 GEM 3He 蒸発模型
GEM
20 MeV

核データ
ライブラリ
JENDL-4.0
10-5 eV

α

1 MeV
1 keV

電子・陽電子重イオン

10 MeV/n

電離損失
SPAR or ATIMA

200 MeV光子

or

EGS5orEGS5

1 keV+
JENDL
2 MeV

1 keV

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

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
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

使い方

注意点

[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。

101010−1PHITS-originalとPHITS-EGS5の比較
PHITS−original
PHITS−EGS5−2−300.5付与エネルギー (MeV)

11MeV光子入射に対するNaIの応答関数

付与エネルギー (MeV/source)

2応答関数 (cm )1000.1PHITS−original
PHITS−EGS50.0500502
水中の深さ (g/cm )100

10MeV光子入射に対する水中の線量深度分布*H. Hirayama et al., SLAC-R-730 (2005) and KEK Report 2005-8 (2005)8光核反応モデルの改良
改良点

Cross section (mb)

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

10210010PHITS2.64(γ, p)
PHITS2.30Exp. (Carchon 1976)−2102030
Photon Energy (MeV)

10210040 10PHITS2.64(γ, n)
PHITS2.30
Exp. (Fultz 1966)−210203040
Photon Energy (MeV)

10210010PHITS2.64(γ, 3α)
PHITS2.30Exp. (Afanasev 2008)−210203040
Photon Energy (MeV)

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
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
荷電粒子は仮想光子を介して相互作用

ミューオン

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

仮想光子

反応断面積 (mb)

標的:

28Si

010-110-210-310451001000
1010
ミューオンエネルギー, E (MeV)µ全核反応断面積-5-21010

E = 100 GeV

E =-310-410µµ-61 GeV
10 GeV100 GeV

生成量 (/source)

110エネルギー微分断面積 (mb/MeV)

標的核-510-61010neutron
H ion
He ionphoton-710-810-910-710451000
1010
仮想光子エネルギー, E (MeV)γ*

仮想光子放出断面積

0200 400 600 800 1000
エネルギー (MeV)

2次粒子生成断面積（μ, 28Si）反応に対するシミュレーション結果
10負ミューオン捕獲反応モデルの組込
特性X線µ − → e − +ν e +ν µ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

原子核捕獲:

その後、負ミューオンは軌道上で崩壊 or 原子核捕獲

崩壊:µ − + p →ν µ + n

負ミューオン110

標的:0102828Si-101010-210-310

標的: Si
文献値 (D.F.Measday,2001)
PHITS-110-410-5-210-310-2-10110101010
光子エネルギー (MeV)

光子生成断面積

中性子生成量 (1/cap/MeV)

10生成比

光子生成量 (1/cap/MeV)

0110-110

標的:

28Si

実験値
PHITS-210-310-410-51010NaMg

Al

重イオン生成比0 10 20 30 40 50 60 70 80
中性子エネルギー (MeV)

中性子生成断面積11脱励起モデルEBITEMの導入
ENSDF-Based Isomeric Transition and isomEr production Model
核反応(INCL, JQMD…)

γ脱励起(EBITEM)

残留核形成(GEM)

励起核γγ
即発γ線スペクトルを高精度化
1.00E-01
102

ガンマ線強度 (mb/MeV/sr)

NatO(n,xγ)

1.00E-02
10120 MeV θ=135°
PHITS-2.60
PHITS
Morgan et al.

1.00E-03100

1.00E-04
10-1

002
46810246810
ガンマ線エネルギー (MeV)

γ
ここを改良

準安定状態（アイソマー）を考慮
核反応後のアイソマーへの分岐比
反応300 MeV
56Fe(p,x)X630 MeV186W(p,x)X生成核44mSc

52mMn

174mLu184mRe

実験*0.48± 0.18

0.41± 0.30

0.44± 0.120.21± 0.04

PHITS

0.480.41

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

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

12

DWBAの導入
導入の流れ（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
離散スペクトル

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

natLi(d,xn) at 40 MeV

現在は(p,7Li), (p,9Be), (d,6,7Li), (d,9Be), (d,12,13C)反応のみ対応
S. Hashimoto et al., NIM B 333, 27-41 (2014)13

Event Generator Mode Ver.2の開発【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

従来対応(n,γ), (n,n), (n,n’)(n,2~4n), (n,p), (n,a),
新しく対応(n,t), (n,np), (n,na) …
⇒従来は反応モデルを用いて近似

1.E-02
10-2

Ver.2

Exp (Grimes)
Ver.1

1.E-0310-3
1.E-0410-4
1.E-0510-5
1.E-0610-600551010エネルギー (MeV)151514MeV中性子入射 60Ni(n,Xα)*

中性子束 (/MeV/sr)

α 線束 (/MeV/sr)

1.E-0110-1

  

二次粒子スペクトルの再現性が改善       

0.20
0.1590 °方向


0.10

Ver.1

0.05




0.000JENDL4.0


Ver.2



 











2
46
エネルギー (MeV)

820MeV中性子入射 14N(n,2n)T.Ogawa et al., NIM A, 763, 575-590 (2014)14

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

標的核・・・中性子：JQMDでよく再現【R-JQMD】
核-核衝突のモデル
JQMDの改良版

・・・破砕片：要改善
少し欠ける反応を過小評価
前方成分

入射核

破砕片生成断面積の再現性が改善
160
160120120

1.E+022

生成断面積(mb/sr)

生成断面積(mb)200200
実験値(Flesh et al.)系列1B11 R-JQMD

1.E+01

系列3JQMD
系列4R-JQMD

108Li R-JQMD

1.E-01-2
1.E-024040

0度付近の凹みを解消

B11

1.E+000

808000510108Li

1.E-03-4
1.E-04101520
生成核の原子番号25

700MeV/u 12C入射 12C(NatFe,X)

1000

11223344
放出角度(degrees)

55

400MeV/u 12C入射 12C(NatC,X)
15

ジオメトリチェック機能使用例

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：確認方法なし導入したジオメトリチェック機能
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*.errファイル
Errors of cell definition in EPS Page No. = 1
Overlapped Cell IDs x, y, z coodinates(Cells 00 indicate undifined region)2
1 -2.827861E+00 1.234568E-11 -8.079602E-01
2
1 -2.827861E+00 1.234568E-11 -6.059701E-01
2
1 -2.827861E+00 1.234568E-11 -4.039801E-01…

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Sumtally機能
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）
足し合わせ

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

使い方（マニュアル5.8節参照）
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。
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医学物理計算用の補助プログラム
DICOM2PHITSDICOM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
医療画像DICOM形式のデータPHITS形式のボクセルデータ
変換
入力情報

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

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

PSFC4PHITS

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
 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

誰でも簡単に医学物理計算が可能となった

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DCAHIN-SP2014の導入
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

従来versionからの変更点

 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）

2. PHITSとの親和性の向上
 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

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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。

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今後の予定核反応モデル改良
 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

新たな計算機能の追加
 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）

ユーザー支援機能の拡充
 GUIの開発
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