PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System PHITS 講習会 基礎実習（II）： Tally（タリー）の定義 2015年5月改訂 title 1 本実習の目標 同じ粒子輸送シミュレーションから様々な物理量 （粒子毎のフラックス分布，発熱量の深さ分布など） を導出できるようになる 宿題体系内の陽子（上）・中性子（下）フルエンス Purpose 宿題体系内の線量-深さ分布 2 実習内容 Tallyとは何か Tallyの使い方 ジオメトリの確認 物理量の導出 各Tallyの紹介 まとめ Contents 3 Tallyとは何か Tally: a record of the number or amount of something, especially one that you can keep adding to; [Oxford Advanced Learner’s Dictionary (7th edition), OXFORD.] 適当な日本語訳がないので…PHITS（の専門）用語として、 Tally=（仮想的な）検出器 Tallyする=（仮想的に）検出器を用意し物理量を測定する といった使い方をしている。 What is tally? 4 Tallyとは何か PHITSは仮想空間におけるモンテカルロシミュレーションな ので、任意の位置、時間における粒子や放射線の振る舞い （粒子の数、エネルギー）を調べることが可能。 この領域を通過する 中性子の数はどの位で、 エネルギーの分布は どうなっているか [t-track](トラック長タリー)による結果 What is tally? 5 Tallyとは何か 物理量として意味のある測定結果を得るためには、適切な 条件（検出器の位置、調べたい粒子の種類、エネルギー）を 設定する必要がある。 しかし個人で用途に応じた条件を設定するのは大変！！ …なので、欲しい物理量に対応したtallyを用いる。 ジオメトリの確認 – 作成した体系を見たい → [t-3dshow], [t-gshow] 物理量の導出 – 粒子束（フルエンス） → [t-track], [t-cross] – 生成熱 → [t-heat], [t-deposit] – 核反応による生成粒子 → [t-yield], [t-product] What is tally? 6 放射線の飛跡を見たい場合は[t-track]が 利用できる。そして、その計算方法は、 z-axis x-axis method of track detection 7 放射線の飛跡を見たい場合は[t-track]が 利用できる。そして、その計算方法は、 z-axis x-axis method of track detection 8 放射線の飛跡を見たい場合は[t-track]が 利用できる。そして、その計算方法は、 z-axis x-axis method of track detection 9 放射線の飛跡を見たい場合は[t-track]が 利用できる。そして、その計算方法は、 z-axis x-axis method of track detection 10 放射線の飛跡を見たい場合は[t-track]が 利用できる。そして、その計算方法は、 z-axis x-axis method of track detection 11 実習内容 Tallyとは何か Tallyの使い方 ジオメトリの確認 物理量の導出 各Tallyの紹介 まとめ Contents 12 Tallyの使い方(ジオメトリの確認) [Material], [Surface], [Cell]セクションで定義したジオメトリ （仮想空間）を2次元的、或いは3次元的に表示させ確認する。 [t-gshow], [t-rshow]を用いた2次元的な表示（断面図） [t-3dshow]を用いた3次元的な表示 新しいジオメトリを組むたびに確認することが重要！！ Tally for checking geometry 13 課題1 [t-gshow]を用いて、lec02.inpの体系を2次元的に 確認してみましょう。 • [parameters]セクションで“icntl=7”としてPHITSを実行 （ [t-gshow]タリーを使うときはicntl=7） lec02.inp [Material] mat[1] 1H 2 16O 1 z軸を中心軸とする半径10cm, 高さ50cmの 水の円柱 [Surface] 10 so 500. 11 cz 10. 12 pz 0. 13 pz 50. [Cell] 100 -1 10 101 1 -1. -11 12 -13 110 0 -10 #101 10 cm ・・・・・・ 50 cm Tally for checking geometry 14 課題1の答え合わせ [t-gshow]を用いて、lec02.inpの体系を2次元的に 確認してみましょう。 lec02.inp [Parameters] icntl = 7 ・・・・・・ [T-Gshow] ・・・・・・ axis = xy file = gshow_xy.out output = 6 epsout = 1 [T-Gshow] ・・・・・・ axis = xz output = 6 file = gshow_xz.out epsout = 1 gshow_xy.eps xy座標平面 半径は10cm gshow_xz.eps xz座標平面 高さは50cm Tally for checking geometry 15 課題２ [t-3dshow]を用いて、lec02.inpの体系を3次元的に 確認しましょう。 • ファイルt-3dshow.inpより[t-3dshow]セクションをコピー &ペースト • [parameters]セクションで“icntl=11”としてPHITSを実行 gshow_xy.eps gshow_xz.eps これらは3次元的に見るとどうなるだろうか？ Tally for checking geometry 16 課題２の答え合わせ lec02.inp [Parameters] icntl = 11 ・・・・・・ Y ・ Z [T-3Dshow] output = 3 x0 = 0 y0 = 0 z0 = 20 e-the = 90 $ eye e-phi = 0 e-dst = 120 l-the = 90 $ light l-phi = 0 l-dst = 100 w-wdt = 50 $ window w-hgt = 50 w-dst = 30 ・・・・・・ X 3dshow.eps Tally for checking geometry 17 [t-3dshow] 極座標系 視点 (e-the,e-phi,e-dst) 画面フレーム 極座標系 光源 (l-the,l-phi,l-dst) e-dst w-dst w-hgt (w-mnh) w-wdt (w-mnw) 原点 (x0,y0,z0) w-mnw × w-mnh ＝ 画素数 100 × 100 (default) XYZ座標系 Tally for checking geometry 18 課題３ lec02.inp 視点（e-the, e-phi, e-dist）を変えて、 いろいろな方向から円柱を見てみよう [T-3Dshow] output = 3 x0 = 0 y0 = 0 視点を更に45度回転 z0 = 20 e-the = 135 90 $$ eye eye e-phi = 0 45 今度はphi方向に45度 e-dst = 120 l-the = 90 $ light l-phi = 0 l-dst = 100 w-wdt = 50 $ window w-hgt = 50 w-dst = 30 heaven = y Yの正の方向が図の上側 mirror = 0 line = 1 shadow = 2 resol = 1 file = 3dshow.out title = Check geometry using [T-3dshow] tally epsout = 1 Y YY Z ZZ ・ X X X 3dshow.eps Tally for checking geometry 19 実習内容 Tallyとは何か Tallyの使い方 ジオメトリの確認 物理量の導出 各Tallyの紹介 まとめ Contents 20 Tallyの使い方（物理量の導出） どの空間（面）における、どの粒子の、どういった物理量を、 どういう形式で、見たいかを指定する。 空間（面）：形状メッシュ(mesh=)を用いて定義する。 粒子：粒子名(part=)を指定する。 物理量：単位(unit=)を選ぶ。 形式：出力データのx軸(axis=)を決める。 （空間のX,Y,Z 座標(x,y,z)、エネルギー(eng）、時間(t)に 応じたメッシュ定義文が必要） 求める物理量に応じてこれらのパラメーターを変える！！ Tally for calculating physical quantities 21 例えば、ファイルt-track.inpの[t-track]セクションでは、 [T-TRACK] [T-track]とは、 title = Track Detection in xyz mesh 放射線（個数）を数えるタリー。 mesh = xyz x-type = 2 いわゆる粒子束（フルエンス） nx = 25 を求めることができる。 xmin = -25. xmax = 25. 空間（面）： y-type = 2 ny = 25 mesh=xyzの場合はxyz座標系で分割 ymin = -25. ymax = 25. z-type = 1 物理量： nz = 1 unit=1は[1/cm2/source]を単位とする量 -5.0 5.0 e-type = 1 （[t-track]の場合） ne = 1 0.0 5000.0 形式: unit = 1 axis = xy axis=xyはxy平面に垂直な断面図で出力する file = track_xy.out part = all gshow = 1 粒子： epsout = 1 part=allの場合は全ての粒子を対象とする Tally for calculating physical quantities 22 課題4 [t-track]を用いて、放射線フルエンスの空間分布を 確認しましょう。 • ファイルt-track.inpより2つの[t-track]セクションをコピー &ペースト • [parameters]セクションで“icntl=0”としてPHITSを実行 lec02.inp [Source] s-type = 1 proj = 12C dir = 1.0 r0 = 2.5 z0 = -10. z1 = -10. e0 = 250. 250MeV/uの炭素ビーム 放射線の振る舞いはどうなるか？ Tally for calculating physical quantities 23 課題4の答え合わせ [t-track]を用いて、放射線フルエンスの空間分布を 確認しましょう。 lec02.inp [Parameters] icntl = 0 ・・・・・・ [T-Track] ・・・・・・ axis = xy file = track_xy.out part = all gshow = 1 epsout = 1 [T-Track] ・・・・・・ axis = xz file = track_xz.out part = all gshow = 1 epsout = 1 file=: 出力ファイルの指定 epsout=: file=で指定したファイル名 のepsファイルを作成する （***.out → ***.eps） ２次元プロットの場合は誤差ファイル （ ***_err.out, ***_err.eps ）も作成 Tally for calculating physical quantities 24 課題4の答え合わせ [t-track]を用いて、放射線フルエンスの空間分布を 確認しましょう。 lec02.inp track_xy.eps [Parameters] icntl = 0 ・・・・・・ [T-Track] ・・・・・・ axis = xy file = track_xy.out part = all gshow = 1 epsout = 1 [T-Track] ・・・・・・ axis = xz file = track_xz.out part = all gshow = 1 epsout = 1 track_xz.eps 半径2.5cm, エネルギー250MeV/uの炭素ビーム Tally for calculating physical quantities 25 *_err.epsファイルの活用 • ２次元プロットを出力するタリー（“axis=xy, rz”など）は、 その統計誤差を*_err.epsファイルとして出力する。 • 暖色系は相対誤差が大きい（１に近い）領域を表し、 寒色系は相対誤差が小さい領域を表す。 track_xy_err.eps track_xz_err.eps Tally for calculating physical quantities 26 Tallyの使い方（物理量の導出） どの空間（面）における、どの粒子の、どういった物理量を、 どういう形式で、見たいかを指定する。 空間（面）：形状メッシュ(mesh=)を用いて定義する。 粒子：粒子名(part=)を指定する。 物理量：単位(unit=)を選ぶ。 形式：出力データのx軸(axis=)を決める。 （空間のX,Y,Z 座標(x,y,z)、エネルギー(eng）、時間(t)に 応じたメッシュ定義文が必要） Tally for calculating physical quantities 27 形状メッシュ lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ mesh = xyz x-type = 2 nx = 25 xmin = -25. xmax = 25. y-type = 2 ny = 25 ymin = -25. ymax = 25. z-type = 1 nz = 1 -5.0 5.0 e-type = 1 ne = 1 0.0 5000.0 unit = 1 axis = xy file = track_xy.out part = all gshow = 1 epsout = 1 mesh = xyz : xyz座標系に沿った空間の指定 ⇒ x-type, y-type, z-typeサブセク ション（入力補助）が必要になる。 X軸（Y軸も同様） : xmin（最小値） : xmax（最大値） : nx xmin～xmax間の分割数 Z軸 : nz 分割数（-5.0～5.0の間） Tally for calculating physical quantities 28 メッシュの定義 • メッシュを定義することで各座標軸（サブセクション）を分割する • サブセクションの種類はx-type, y-type, z-type, r-type, e-type, t-type, a-type x軸 y軸 z軸 半径 エネルギー 時間 角度 • メッシュの定義方法は以下の5種類 （ただし4,5はあまり使わない） 1: 群数、分点をデータで与える （与えるデータはne+1個） e-type = 1 ne = 10 0 1 2 3 5 10 15 20 30 50 100 2,3: 群数と最小値、最大値を与える(2は線形、3は対数) e-type = 2 ne = 100 emin = 0 emax = 1000 e-type = 3 ne = 100 emin = 0.1 emax = 5000 4,5: 最小値と最大値、メッシュ幅（5は幅の対数値）を与える e-type = 4 edel = 100 emin = 0 emax = 5000 e-type = 5 edel = 1.301 =log10(20) emin = 0.1 emax = 5000 x-typeを定義する場合は、 “e”を“x”で置き換える Tally for calculating physical quantities 29 形状メッシュ(mesh=)の種類 形状メッシュにはxyz, r-z, regがある xyzメッシュ: XYZ座標系で分割 r-zメッシュ: 領域(reg)メッシュ: 円柱座標系で分割 領域番号、セル番号 で指定する Z R Z Y X Tally for calculating physical quantities 30 課題5 [t-track]におけるメッシュの分割数を増やして、図示 した場合の解像度を上げましょう。 • 分割数を決めるパラメータはnx, ny, nz • これらのパラメータを4倍にして解像度Up! • ただし、断面の数（axis=xyの場合のnzとaxis=xz の場合のny）は変更しない track_xy.eps track_xz.eps 分割数が少ないと図示した場合に粗くなる。 Tally for calculating physical quantities 31 課題5の答え合わせ [t-track]におけるメッシュの分割数を増やして、図示 した場合の解像度を上げましょう。 lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ mesh = xyz x-type = 2 nx = 100 xmin = -25. xmax = 25. y-type = 2 ny = 100 ymin = -25. ymax = 25. z-type = 1 nz = 1 -5.0 5.0 ・・・・・・ axis = xy file = track_xy.out part = all gshow = 1 epsout = 1 track_xy.eps メッシュを細かく取る ことにより、図示した 場合の解像度が増加 Tally for calculating physical quantities 32 課題5の答え合わせ [t-track]におけるメッシュの分割数を増やして、図示 した場合の解像度を上げましょう。 lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ mesh = xyz x-type = 2 nx = 100 xmin = -25. xmax = 25. y-type = 1 ny = 1 -5.0 5.0 z-type = 2 nz = 200 zmin = -20. zmax = 80. ・・・・・・ axis = xz file = track_xz.out part = all gshow = 1 epsout = 1 track_xz.eps 解像度の増加 Tally for calculating physical quantities 33 Tallyの使い方 どの空間（面）における、どの粒子の、どういった物理量を、 どういう形式で、見たいかを指定する。 空間（面）：形状メッシュ(mesh=)を用いて定義する。 粒子：粒子名(part=)を指定する。 物理量：単位(unit=)を選ぶ。 形式：出力データのx軸(axis=)を決める。 （空間のX,Y,Z 座標(x,y,z)、エネルギー(eng）、時間(t)に 応じたメッシュ定義文が必要） Tally for calculating physical quantities 34 課題6 粒子フルエンスの分布を粒子毎に分けてタリーしてみましょう。 • ２つ目の[t-track]（“axis=xz”の方）を書き換える • タリーする粒子はpartパラメータで指定（allは全て） • 粒子はproton, neutronなど粒子の名前で、重イオン は12Cのように「質量数＋元素記号」で表現 • 複数の粒子を指定するときはスペース区切り 例： part = 12C proton neutron track_xz.eps lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ axis = xz file = track_xz.out part = all gshow = 1 epsout = 1 12C、陽子、中性子の振る舞いはどうなっているだろうか。 Tally for calculating physical quantities 35 課題6の答え合わせ 粒子フルエンスの分布を粒子毎に分けてタリーしてみ ましょう。 track_xz.eps lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ axis = xz file = track_xz.out part = 12C proton neutron gshow = 1 epsout = 1 12C proton neutron Tally for calculating physical quantities 36 Tallyの使い方 どの空間（面）における、どの粒子の、どういった物理量を、 どういう形式で、見たいかを指定する。 空間（面）：形状メッシュ(mesh=)を用いて定義する。 粒子：粒子名(part=)を指定する。 物理量：単位(unit=)を選ぶ。 形式：出力データのx軸(axis=)を決める。 （空間のX,Y,Z 座標(x,y,z)、エネルギー(eng）、時間(t)に 応じたメッシュ定義文が必要） Tally for calculating physical quantities 37 課題7 エネルギーの関数として粒子フルエンスの分布を タリーしてみましょう。 lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ x-type = 2 nx = 100 xmin = -25. xmax = 25. y-type = 1 ny = 1 -5.0 5.0 z-type = 2 nz = 200 zmin = -20. zmax = 80. e-type = 1 ne = 1 0.0 5000.0 unit = 1 axis = xz file = track_xz.out ・・・・・・ • 2つ目の[t-track]セクションのaxisを engに変更する • 出力結果のページ数が多くなってし まうので、nxとnzは1に減らす。 • “e-type=2”とし、0～5000MeVまで を100等分するようにエネルギー群を 定義する（ne, emin, emaxを設定、 29ページ「メッシュの定義」を参考）。 • 出力ファイルを“track_eng.out”に変 える。 Tally for calculating physical quantities 38 課題7の答え合わせ エネルギーの関数として粒子フルエンスの分布を タリーしてみましょう。 lec02.inp [T-TRACK] ・・・・・・ x-type = 2 nx = 1 xmin = -25. xmax = 25. y-type = 1 ny = 1 -5.0 5.0 z-type = 2 nz = 1 zmin = -20. zmax = 80. e-type = 2 ne = 100 $ 0.0 5000.0 emin = 0.0 単位は emax = 5000.0 “MeV” unit = 1 axis = eng file = track_eng.out ・・・・・ track_eng.eps 炭素線源の エネルギーは、 250×12=3000MeV 横軸をエネルギーとして粒子フルエンスを導出。 Tally for calculating physical quantities 39 課題8 エネルギー軸（横軸）を対数(log)スケールに変えて みよう。 • “e-type=3”とし、eminを0MeV以外の値に 変更する。 lec02.inp track_eng.eps [T-TRACK] ・・・・・・ e-type = 2 ne = 100 $ 0.0 5000.0 emin = 0.0 emax = 5000.0 unit = 1 axis = eng file = track_eng.out ・・・・・ 対数スケールで見るとどうなるだろうか。 Tally for calculating physical quantities 40 課題8の答え合わせ エネルギー軸（横軸）を対数(log)スケールに変えて みよう。 lec02.inp track_eng.eps [T-TRACK] ・・・・・・ e-type = 3 ne = 100 $ 0.0 5000.0 emin = 1.0 emax = 5000.0 unit = 1 axis = eng file = track_eng.out ・・・・・ 陽子と中性子の状況も同時に確認。 Tally for calculating physical quantities 41 課題９ 領域別（円柱の内側と外側）のエネルギー分布を タリーしてみましょう。 lec02.inp [T-TRACK] mesh = xyz ここにregパラメータを追加 x-type = 2 nx = 1 xmin = -25. xmax = 25. y-type = 1 ny = 1 -5.0 5.0 z-type = 2 nz = 1 zmin = -20. zmax = 80. 削除 ・・・・・・ • Regionメッシュに変更する（mesh = reg） • タリーする領域を指定（reg = 領域番 号。領域は101（内側）と110（外側） の２つでスペース区切り） • mesh = xyzに関連するインプットを 全て削除（もしくはコメントアウト）する Tally for calculating physical quantities 42 課題９の答え合わせ 領域別（円柱の内側と外側）のエネルギー分布を タリーしてみましょう。 lec02.inp [T-TRACK] mesh = reg reg = 101 110 $ x-type = 2 $ nx = 1 $ xmin = -25. $ xmax = 25. $ y-type = 1 $ ny = 1 $ -5.0 5.0 $ z-type = 2 $ nz = 1 $ zmin = -20. $ zmax = 80. ・・・・・・ Tally for calculating physical quantities 水中 外側 43 課題10 [t-deposit]を用いて、円柱の水に対する付与エネル ギー（吸収線量）の空間分布を確認しましょう。 • ファイルt-deposit.inpより[t-deposit]セクションをコピー& ペースト • lec02.inpをインプットファイルとしてPHITSを実行。 t-deposit.inp [ T - Deposit ] title = Energy deposition in xyz mesh mesh = xyz ・・・・・・ unit = 1 material = all output = dose axis = xz file = deposit.out part = all gshow = 1 epsout = 1 [T-deposit]とは、 指定した空間（物質）に対して 付与されたエネルギーを計算 するタリー。 Tally for calculating physical quantities 44 課題10の答え合わせ [t-deposit]を用いて、円柱の水に対する付与エネル ギー（吸収線量）の空間分布を確認しましょう。 deposit.eps 炭素ビームよる エネルギー付与 核反応により発生した陽子や 中性子などの2次粒子による エネルギー付与 Tally for calculating physical quantities 45 Tallyの使い方 どの空間（面）における、どの粒子の、どういった物理量を、 どういう形式で、見たいかを指定する。 空間（面）：形状メッシュ(mesh=)を用いて定義する。 粒子：粒子名(part=)を指定する。 物理量：単位(unit=)を選ぶ。 形式：出力データのx軸(axis=)を決める。 （空間のX,Y,Z 座標(x,y,z)、エネルギー(eng）、時間(t)に 応じたメッシュ定義文が必要） Tally for calculating physical quantities 46 課題11 [t-deposit]で出力される量の単位を[MeV/cm3/source] から[Gy/source]に変更してみましょう。 • [t-deposit]セクションにある“unit”を0に変える。 lec02.inp [ T - Deposit ] title = Energy deposition in xyz mesh mesh = xyz ・・・・・・ unit = 1 material = all output = dose axis = xz file = deposit.out part = all gshow = 1 epsout = 1 エネルギーが付与される物質 の密度からGy=J/kgを計算し て出力する。 ＊ただし、タリーする領域に複数の物質が 混在する場合、その領域の吸収線量は全体 の平均値とならないのでご注意ください。 例; E1/M1+E2/M2 [PHITS] ≠ (E1+ E2)/(M1+ M2) [平均吸収線量] Tally for calculating physical quantities 47 課題11の答え合わせ [t-deposit]で出力される量の単位を[MeV/cm3/source] から[Gy/source]に変更してみましょう。 lec02.inp [ T - Deposit ] title = Energy deposition in xyz mesh mesh = xyz ・・・・・・ unit = 0 material = all output = dose axis = xz file = deposit.out part = all gshow = 1 epsout = 1 deposit.eps 単位と数値のスケール が変わっている。 Tally for calculating physical quantities 48 課題12 [t-deposit]をr-zメッシュにして、水部分における付与 エネルギーの深さ分布を出力してみましょう。 lec02.inp [ T - Deposit ] title = Energy deposition in xyz mesh mesh = xyz x-type = 2 xmin = -25.00000 xmax = 25.00000 xyzメッシュで nx = 100 書かれている y-type = 1 部分をr-zメッ ny = 1 シュに書き換 -5.0 5.0 z-type = 2 える。 zmin = -20.00000 zmax = 80.00000 nz = 200 ・・・・・・ axis = xz file = deposit.out ・・・・・・ • [t-deposit]の“mesh=xyz”を“mesh=r-z” に変える。（ x-type, y-type, z-typeのサ ブセクションをr-type, z-typeサブセク ションに書き換える。 ） • r方向は，0～10cmまでを1つのビンと する • z方向は，-20～80cmまで200ビンとす る（変更の必要なし） • axisを円柱の深さに対応するzに変更 する。 Tally for calculating physical quantities 49 課題12の答え合わせ [t-deposit]をr-zメッシュにして、水部分における付与 エネルギーの深さ分布を出力してみましょう。 lec02.inp deposit.eps [ T - Deposit ] title = Energy deposition in xyz mesh mesh = r-z $ x-type = 2 $ xmin = -25.00000 $ xmax = 25.00000 $ nx = 100 r-type = 1 nr = 1 0.0 10.0 z-type = 2 zmin = -20.00000 zmax = 80.00000 nz = 200 ・・・・・・ axis = z file = deposit.out ・・・・・・ 炭素ビームのブラッグピークが z=12cmの辺りで見える。 Tally for calculating physical quantities 50 課題13 ANGELを用いてdeposit.epsの縦軸の範囲を変え てみましょう。 • deposit.outの77行目に“p: ymin(1e-11) ymax(1e-9)” を加える • deposit.outを選択しANGELを実行する ANGELとは？ • PHITSのタリー出力をテキスト形式（*.out）から画像形式（*.eps）に変換するプログラム • タリー中にepsout=1と指定することにより，PHITS計算と連動して実行する • タリー中にangelパラメータを書き込むことにより，軸の調整などができる （angelパラメータについてはANGELのマニュアルを参照） • angelパラメータは、テキスト形式のタリー出力ファイルに直接書き込むことも可能 • タリー出力を「右クリック→送る→ANGEL」（Windows）もしくは「ANGELアイコンにドラッ グ＆ドロップ」（Mac）することにより，ANGEL単体で動かすことができる（グラフの再描画 のためにPHITSそのものを再実行する必要はない Tally for calculating physical quantities 51 課題13の答え合わせ ANGELを用いてdeposit.epsの縦軸の範囲を変え てみましょう。 deposit.eps deposit.out ・・・・・・ #newpage: # no. = 1 ir = 1 # r = ( 0.0000E+00 - 1.0000E+01 ) p: ymin(1e-11) ymax(1e-9) x: z [cm] y: Dose [Gy/source] p: xlin ylog afac(0.8) form(0.9) h: n x y(all ),hh0l n # z-lower z-upper dose r.err -2.0000E+01 -1.9500E+01 0.0000E+00 0.0000 ・・・・・・ Angelパラメーターを用いて、 グラフ描画の際の調整を行う。 10-11から10-9までの範囲を 出力している。 Tally for calculating physical quantities 52 実習内容 Tallyとは何か Tallyの使い方 ジオメトリの確認 物理量の導出 各Tallyの紹介 まとめ Contents 53 Tallyの種類 物理量の導出 ジオメトリの確認 [t-track] 粒子の飛跡長(track length)やフルエンスを導出するタリー [t-cross] 粒子の面横断回数やフルエンスを導出するタリー [t-heat] 物質におけるエネルギー付与を導出するタリー [t-deposit] 荷電粒子の物質におけるエネルギー付与を導出するタリー [t-deposit2] 2つの領域でのエネルギー付与の相関を出力するタリー [t-yield] 残留核の生成量を導出するタリー [t-product] 線源や核反応による生成粒子を導出するタリー [t-dpa] 原子あたりのはじき出し数(DPA)を導出するタリー [t-let] LETの関数として飛跡長や線量を導出するタリー [t-sed] 微小領域におけるエネルギー付与分布を導出するタリー [t-time] Energy cut offとescape粒子の個数を導出するタリー [t-star] Star densityを導出するタリー [t-dchain] DCHAIN-SP用入力ファイルを作成するタリー [t-userdefined] ユーザー定義による任意の物理量を導出するタリー [t-gshow] ジオメトリ（仮想空間）を2次元で表示するタリー [t-rshow] ジオメトリを2次元で物理量による色分けをして表示するタリー [t-3dshow] ジオメトリを3次元で表示するタリー 個々の詳細は、補足資料（本ファイルの最後）を参照 Kinds of tallies in PHITS 54 [t-3dshow] 幾何形状の3次元パース図を出力できる。 [parameters] セクションでicntl=11を指定した場合のみ利用可能。 Kinds of tallies in PHITS 55 [t-3dshow]（おまけ） [t-3dshow]を応用すれば，3次元体系を回転させることができる 詳細は\phits\utility\rotate3dshow参照 Tally for checking geometry 56 [t-gshow], [t-rshow] 作成した仮想空間における境界線や領域番号、物質番号を 表示する。[t-rshow]では領域毎に与える値(e.g.,密度)に依 存した色付けが可能。[parameters]セクションでicntl=7([tgshow]), 9([t-rshow])を指定すると、輸送計算を行わずに 出力できる。他のタリーにおいてオプション指定も可能。 Kinds of tallies in PHITS 57 [t-track] 指定した任意の空間における粒子のフルエンスを求めること ができる。その空間中での飛跡長(track length)をカウント しており、その和を空間の体積で割ることによって単位面積 あたりの粒子の流量(1/cm2)を得る。 ※ ユーザーの使い方次第 特殊な使い方（空間を細 かく区切ること）で放射線の 飛跡を観測してみよう。 Kinds of tallies in PHITS 58 [t-cross] 指定した任意の面における粒子のカレントまたはフラックス （正確にはフルエンス）を求める。粒子が面を通過する度に そのままカウントするものがカレントで、面に対する入射角度 に応じた重みを付けて求めたものがフラックス。共に、単位 面積あたりの粒子の流量を評価する。 Kinds of tallies in PHITS 59 [t-heat], [t-deposit] 指定した任意の空間において付与されるエネルギー（熱量）を計 算する。中性子や光子に関してKerma近似を使うのが[t-heat]。 その２次粒子（陽子や電子）による付与エネルギーを計算するの が [t-deposit]。荷電粒子に対する計算方法は同じ。 Bragg peak Kinds of tallies in PHITS 60 [t-yield], [t-product] 指定した任意の空間において、原子核反応を通じて生成され る核種をカウントする。[t-yield]では核図表(nuclear chart) の形式で出力が可能。[t-product]を用いれば、エネルギーや 時間に関する分布を評価できる。 フッ素 酸素 窒素 炭素 ホウ素 ベリリウム リチウム ヘリウム 水素 Kinds of tallies in PHITS 61 [t-dpa] 指定した任意の空間における原子あたりのはじき出し数 (DPA; Displacement Per Atom)を出力する。 DPA （はじき出された原子数/照射領域に存在する全原子数） ＝ 粒子フルエンス × はじき出し断面積 [t-dpa]タリーで計算したDPAの深さ分布の例 Kinds of tallies in PHITS 62 [t-let], [t-sed] 指定した任意の空間における飛跡長や線量(dose)を LET(dE/dx)やlineal energy(y), specific energy(z)の 関数として出力する。 Kinds of tallies in PHITS 63 [t-deposit2] [t-deposit]を2つの領域において同時に実行し、得られた エネルギー付与の相関を出力する。dE,E カウンターなど の模擬が可能。 [t-deposit2]タリーで計算した２つの検出器内でのエネルギー付与の相関 Kinds of tallies in PHITS 64 [t-dchain] DCHAIN-SP用の入力ファイルを作成する。DCHAIN-SPは、 核反応により生成された残留核（[t-yield]で計算）と20MeV以 下の中性子フルエンス（[t-track]で計算）を用いて、照射中や 照射後の残留放射能の時間変化を計算するプログラム。 Irradiation Cooling 150MeV陽子を水ファントムに6分間で5Gy照射したときの残留放射能の時間変化 Kinds of tallies in PHITS 65 実習内容 Tallyとは何か Tallyの使い方 ジオメトリの確認 物理量の導出 各Tallyの紹介 まとめ Contents 66 まとめ • PHITSでは、粒子や放射線の振る舞いを調べるために 仮想的な“検出器（タリー）”を使用する。 • PHITSには利用できる数多くのタリーが用意されており、 大きく分けるとジオメトリの確認と物理量の導出に関す るものがある。 • 各タリーでは，どの空間（面）の、どの粒子に関する、ど うような物理量を、どういった形式で、見たいかを指定 する必要がある。 • 主要なタリーのサンプルはlec02フォルダにあるので， それをコピー&ペーストして各自の計算したい条件に調 整する。 Summary 67 宿題 • 宿題体系の粒子フルエンスを，陽子，中性子 ごとに表示するようにする • [t-deposit]を調整し，陽子のブラッグピーク が見えるようにする • 吸収線量-深さ分布を表示するｙ軸を変えて みる（angelパラメータを利用する） • 円柱中心部分（半径2.5cm以内）とその外側 で吸収線量-深さ分布の違いを調べる（r-zメッ シュでタリーする） Homework 68 宿題（解答例） 陽子（上）・中性子（下）フルエンス 円柱中心（上）と端側（下）における 付与エネルギーの深さ分布 Homework 69
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