PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System PHITS 応用実習４： 多種多様な線源の設定方法2 2015年2月改訂 Title 1 本実習の目標 Dump dataを線源とした粒子輸送シミュ レーションを実行できるようになる。 60Co線源より放出された光子をz=20cmの位置でdump dataとして蓄積し、 それらを線源として鉛の遮へい体に照射したシミュレーション Purpose 2 Source-5.inpの確認 基本計算条件 入射粒子： 60Co線源を模した1.173と1.333MeVの光子 体系： 円柱状の水（半径10cm, 厚さ20cm）と真空のみ タリー： [t-track]によるフルエンス空間分布 [t-cross]による水領域へ入射する光子のエネル ギー分布 60Co線源 Water 計算体系 track_xz.eps Check Input File cross_eng.eps 3 実習内容 1. Dump dataを用いた線源 2. まとめと宿題 Table of Contents 4 Dump dataを用いた線源 指定した領域に入射した放射線の情報を蓄え、 それを線源とした2段階計算をすることができる 水の部分を通過した位置に遮へい体を置き、 その厚さを変えながら遮へい効果を調べたい 60Co線源 水 鉛 2段階目の計算の線源 鉛の厚さを変えて、 2段階目の計算を何度 も行うことが可能 1段階目の計算で、 鉛に入射する光子の情報を記録する Dump data 5 使用方法 1. 2. 3. 4. 5. [t-cross], [t-product], [t-time]タリーにおいて、dumpパラメー ターを加える PHITSを実行し、1段階目の計算を行う タリーで指定したファイル名に_dmpが付いたファイルが作成さ れます。これに線源データが書き出されるので、 そのデータを 線源とする[source]セクションを作成する（s-type=17を使う） 古い[source]セクションとdumpパラメーターを加えたタリーのセ クションはoffで無効にする PHITSを実行し、2段階目の計算を行う タリー中のdumpパラ メーターの入力形式 dumpデータを用いた[source] セクションの入力形式 [T-Cross] ・・・・・・ file = ******.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 同 じ [Source] totfact = *** s-type = 17 file = ******_dmp.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 規格化定数： dumpした粒子数 /sourceの値を入 れる データの個数を指定 （正ならバイナリで、負ならアスキー形式で出力） Dump data 6 Dump定義文 Dump定義文によって、dump dataとして出力するデータの種類 と並びを指定できます dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 番号 10 順番を変えることもできる 1 2 3 4 5 6 7 8 9 物理量 kf 粒 子 の 種 類 x 空 間 座 標 の x 成 分 y 空 間 座 標 の y 成 分 z 空 間 座 標 の z 成 分 u 速 度 の x 成 分 v 速 度 の y 成 分 w 速 度 の z 成 分 e エ ネ ル ギ wt time c1 c2 ウ 時 カ カ エ 間 ウ ウ イ ン ン ト タ タ 1 2 の の 値 値 Dump data 11 12 13 14 15 16 c3 カ ウ ン タ 3 の 値 sx ス ピ ン の x 成 分 sy ス ピ ン の y 成 分 sz ス ピ ン の z 成 分 17 name 粒 子 の 衝 突 回 数 7 使用する際の注意 （1段階目）エネルギー分布等を同時にタリーし、dump dataと して蓄えた結果が線源として十分な量であるかどうかを確認 する （1段階目）指定した領域を粒子が複数回通過することによる ダブルカウントを避けるために、dumpする領域はouter region とする （2段階目）Dump dataの粒子数を考慮し、規格化を適切に行 う（file=で指定したファイルから規格化定数を求める） （2段階目）Dump dataを線源とする計算は局所的な結果しか 与えないことに気をつける （2段階目）Dump dataに蓄えた粒子数以上のヒストリー数 (maxcas*maxbch)を設定しない Dump data 8 課題5 60Coを起源とするガンマ線が水の部分を通過した 場合の状態を、dump dataとして蓄えてみましょう 水の後ろ側（z軸の正の側）に半径10cm, 厚さ5cmの円柱状の領域を outer regionとして定義する（セル番号は102とする） [t-cross]セクションをコピー＆ペーストし、dumpパラメーターを加えた セクションを作成する（蓄積するデータは番号1から9までの9種類） Dumpパラメーターを加えた[t-cross]において、neを1にし、出力ファ イル名をcross_photon.outなどに変更する コピー元の[t-cross]において、セル番号101から102に移動する粒子 をタリーできるよう条件を加える(areaは1.0とする) Dump領域 （outer regionとして定義） Dump data 9 課題5の答え合わせ1 60Coを起源とするガンマ線が水の部分を通過した 場合の状態を、dump dataとして蓄えてみましょう source.inp track_xz.eps [Surface] 10 so 500. 11 cz 10. 12 pz 0. 13 pz 20. 14 pz 25. [Cell] 100 -1 10 101 1 -1. -11 12 -13 102 -1 -11 13 -14 110 0 -10 #101 #102 Dump data outer regionでは粒子の 輸送が行われない 10 課題5の答え合わせ2 60Coを起源とするガンマ線が水の部分を通過した 場合の状態を、dump dataとして蓄えてみましょう source.inp [T-Cross] ・・・・・・ reg = 2 non r-in r-out 1 110 101 2 101 102 e-type = 2 ・・・・・・ cross_eng.eps（2ページ目） area 1.000000 1.000000 [T-Cross] ・・・・・・ ne = 1 unit = 1 axis = eng file = cross_photon.out output = flux part = photon epsout = 1 dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Dump data 連続スペクトルとなるべき 部分がまばらで、線源と して十分ではない 11 課題6 線源として十分な量のdump dataを求めましょう maxcasを増やしてdump data量を大きくする cross_eng.eps（2ページ目） maxcas=1000の結果 maxcas=10000の結果 まだ隙間がある Dump data 12 課題6の答え合わせ 線源として十分な量のdump dataを求めましょう cross_eng.eps（2ページ目） maxcas=100000の結果 隙間もなくなっており、線源として使用可能 （ただし、相対誤差は10～20%） Dump data 13 課題7 Dump dataを線源とした輸送計算を実行させましょう s-type=17を用いる新しい[source]セクションを作成する（60Coを線源とする 方はoffにする） Dump dataによる[source]の規格化を適切に行う（totfactを調整する。 cross_photon.outファイルの40行目のcurrentの値を使う） セル番号102の領域をvoidにする Dumpパラメーターを含んだ[t-cross]はoffにする maxcasは1000に戻す（なお、dumpした粒子数=（currentの値）*（1段階目の計算 のmaxcas*maxbch/totfact）=29442が2段階目で設定できるヒストリー数の上限） dumpデータを用いた[source] セクションの入力形式 cross_photon.out ・・・・・・ ・・・・・・ h: x n y(photon ),l3 n # num area current r.err 1 1.0000E+00 2.9442E-02 0.0082 [Source] totfact = *** 規格化定数 s-type = 17 file = ******_dmp.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # sum Dump data 1.0000E+00 2.9442E-02 14 課題7の答え合わせ Dump dataを線源とした輸送計算を実行させましょう source.inp [ S o u r c e ] off totfact = 2.0 ・・・・・・ ・・・・・・ ・・・・・・ [Source] totfact = 2.9442E-02 s-type = 17 file = cross_photon_dmp.out dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [Cell] 100 -1 10 101 1 -1. -11 12 -13 102 0 -11 13 -14 110 0 -10 #101 #102 [ T - C r o s s ] off ・・・・・・ dump = -9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 track_xz.eps 水の後ろ側からdump dataにある 粒子が放出されている Dump data 15 課題8 水の後ろ側に鉛の遮へい体を置きましょう セル番号102の領域中の物質を鉛（密度11.34g/cm3, 同位体比は右表を参照）に変える（[material]と[cell] セクションを書き換える） 遮へい効果を調べるために、セル番号102の後ろ側 （z軸の正の側）にセル番号103の領域（円柱状で半 径は10cm, 厚さは1cmとする）を定義する セル番号102と103の境界を簡単に変更できるよう鉛 部分の厚さを変数c1を使って表現する（[surface]セ クションを書き換える） セル番号102から103に移動する粒子をタリーできる ように[t-cross]に条件を加える(areaは1.0とする) 1cm 水 Dump data 鉛の同位体比 204Pb 0.014 206Pb 0.241 207Pb 0.221 208Pb 0.524 領域103 （真空） 鉛 16 課題8の答え合わせ 水の後ろ側に鉛の遮へい体を置きましょう source.inp [Material] mat[1] 1H 2 16O 1 mat[2] 204Pb 0.014 206Pb 0.241 207Pb 0.221 208Pb 0.524 [Surface] ・・・・・・ 13 pz 20. set:c1[5.0] 14 pz 20.+c1 15 pz 20.+c1+1.0 [T-Cross] ・・・・・・ reg = 3 non r-in r-out 1 110 101 2 101 102 3 102 103 ・・・・・・ area 1.000000 1.000000 1.000000 track_xz.eps [Cell] 100 -1 10 101 1 -1. -11 12 -13 102 2 -11.34 -11 13 -14 103 0 -11 14 -15 110 0 -10 #101 #102 #103 鉛の領域で粒子フルエンスが減少 Dump data 17 課題9 鉛の部分の厚さを変えて遮へい効果を調べましょう 鉛の厚さに対応する変数c1の値を変えて、セル番号103 の領域に入る粒子フルエンスの強度の変化を調べる Dump dataでは1.173MeVと1.333MeVのスペクトルの強度 は10-2[1/cm2/source]程度であった（課題6の結果参照） ので、領域103においてこれの1/1000程度になるような 鉛の厚さを求める 水 鉛 鉛の厚さを変えて、 PHITSを実行 Dump data 18 課題9の答え合わせ 鉛の部分の厚さを変えて遮へい効果を調べましょう source.inp [Surface] ・・・・・・ 13 pz 20. set:c1[10.0] 14 pz 20.+c1 15 pz 20.+c1+1.0 cross_eng.eps（3ページ目） およそ10cmで1/1000となる Dump data 19 実習内容 1. Dump dataを用いた線源 2. まとめと宿題 Table of Contents 20 まとめ Dump機能を用いることで、dump dataとして蓄えた2次 粒子を線源とするシミュレーションが効率よく行えるよ うになった Summary 21 宿題 1辺10cmの正方形の形状をもつ134Cs線源をz=-0.5cmの面上に x=0,y=0の点を中心として配置し、鉛を越えた領域の実効線量を 求めよ 134Cs線源 （s-type=5を用いる） 光子のエネルギー [MeV]と放出割合[%] 0.563 8.4 0.569 15.4 0.605 97.6 0.796 85.5 0.802 8.7 1.365 3.0 （割合は1壊変あたり） 水 鉛 この領域の実効線量はどのく らいか？(PHITSに内蔵の実 効線量換算係数を用いる。 [recommendationにある H10multiplier.inpを参照]） ただし、光子の換算係数に2 次電子の寄与が含まれてい るため、電子・陽電子の輸 送は行わない（eminを調整） Homework 22 宿題（解答例） 実効線量の空間分布 （鉛の厚さを6.5cmとした場合） 1段階目(maxcas=500000) 2段階目(maxcas=100000) なお、この実効線量の換算係数はAP（前方-後方） の照射条件で評価されたものです。 Homework 23
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