光子モンテカルロシミュレーション • 光子の基礎的な相互作用 • 対生成 • コンプトン散乱 • 光電効果 • レイリー散乱 • 相対的重要性 • EGS5における新しい取扱い 波戸、平山 (KEK), A.F.Bielajew (UM) Last modified on 2006.08.02 対生成 e-,E- e+, E+ N 時間 場所 N γ,k0 • 原子核の場での相互作用 • 消滅と e+ -- e- 対の生成 • Z2 でスケールされる • ３重対分布は無視(全σpairで考慮) k0=E+ +E• PHOTX 断面積 (New in EGS5) •+10% from Storm & Israel @ 2 MeV, Pb • デフォルト θ=m0c2/k0 • 現実的な角度分布:オプション • しきいエネルギー @ 2 m0c2 • ∝log k0 @ k→∞ コンプトン散乱 k0+ me = k’ + Ee-, E- γ, k’ •クライン-仁科 dσ • e- は “free” •good to E>>Ek • Z でスケールされる •1/k @ k→∞, const @ k→0 EGS5 New Physics (optional) • 束縛効果 (0 @ k→0) • ドップラー広がり •e- の衝突前の運動に起因 • 直線偏光光子散乱 e-, me γ, k0 光電効果 k0+ EN = E- + EN* e-, EN*, En* • Z4 →Z4.6でスケール , k0 に依存 •θ=0! (実際的な分布: オプション) •σ∝Z4/E3 多くの応用で良い近似 EGS5 New Physics (optional) γ, k0 N, EN • PHOTX断面積 (default) • +4% from Storm and Israel @10-150 keV O ∵別計算 • 化合物・混合物中での元素毎σ • 副殻毎 σ • K, L 殻からの蛍光 X 線 • K, L 殻からのオージェ e- レイリー散乱 k0+ EN = k0+ EN γ, k0 N, EN • 弾性過程 • 独立原子近似 • Z2 (small θ) → Z3 (large θ) EGS5 New Physics (optional) • 近在原子間の干渉効果 限られた物質のみ (例. 水) • 直線偏光光子散乱 γ, k0 N, EN C の sg の各要素 診断 放射線治療 HEP 100 Compton Compton plateau fraction of total s Photoelectric 10-1 Pair Rayleigh 10-2 free bound 10-3 -3 10 10 -2 -1 0 10 10 Incident Photon Energy (MeV) 1 10 2 10 100 Pb の sg の各要素 fraction of total s Photoelectric 10-1 Pair Compton Rayleigh 10-2 free 10-3 -3 10 10 -2 bound -1 0 10 10 Incident Photon Energy (MeV) 1 10 2 10 全光子 s vs 光子エネルギー photoelectric region 2 10 Water 1 Ek 2 s (cm /g) 10 0 10 Lead Hydrogen Compton plateau free Zav/Aav -1 10 -2 10 10-3 pair region bound 30% diff @ 3 keV H2 is the best g attenuator for this energy region 10-2 10-1 100 Incident Photon Energy (MeV) 101 102 EGS5 の新しい光子物理モデル Z 実験セットアップ @KEK PF BL14c f5 mm カロリメータで校正 0.4 m Y (u,v,w)=(1/2, -1/2 , 1/2^0.5) 自由空気電離箱 Sample f5 mm 20-40 keV 直線偏光 γ (Z 方向に偏光) 0.4 m f2 mm 二重微分コンプトン散乱断面積 0 10 Cu 0 -1 Total K L M N 10 Binding effect -2 10 2 d s/d/dk (barn/keV/sr.) o k =40keV =90 -3 10 30 32 34 36 38 Scattered Photon Energy, k (keV) 40 k01016 Cu,40 keV(EGS4+LP+DB=EGS5) -2 Cu 40 keV Compton Rayleigh Measurement EGS4(DB) =EGS5 EGS4(w/o DB) -3 10 L-Edge -1 Photons sr. keV per source 10 -4 -1 10 K-Edge -5 10 -6 10 30 k00928a 32 34 36 38 Photon Energy, k (keV) 40 C, 40 keV (EGS4+LP+DB=EGS5) -2 10 Compton Counts (/keV/sr/source) -3 10 COUNT H COUNT V EGS4 H EGS4 V -4 10 Rayleigh C 40 keV Ge K-X Escape M.S. Ge Compton Edge -5 10 -6 10 -7 10 0 5 10 15 20 25 30 Energy Deposition (keV) 35 40 file:k00728 Ge 検出器の応答関数へのドップラーの影響 -2 10 Doppler Broadening 100 keV Doppler Broadening -3 10 No Doppler Broadening Pulse Height Distrib. /source particle Pulse Height Distrib. /source particle No Doppler Broadening 10-3 Compton edge -4 10 500 keV Back scat. Peak 10-5 -6 10 Back scat. Peak -4 10 Compton edge 10-5 -6 10 -7 -7 10 10 0 20 file: k30321d 40 60 Energy /keV 80 100 0 100 file: k30321b 200 300 Energy /keV 400 500 Pb ターゲット からの光子スペクトル EGS4 (光電効果改良版) = EGS5 -2 10 Counts (/keV/sr/source) L L Pb 40 keV Ge K-X Escape -3 10 Lg Ll -4 10 Rayleigh COUNT COUNT EGS4 H =EGS5 H EGS4 V =EGS5 V Compton Ge K-X Escape -5 10 Pile Up -6 10 0 5 file:k00830 Cal:kek4n3 10 15 20 25 30 Energy Deposition (keV) 35 40 以上 直線偏光光子の 非等方散乱 sin2f 方位角依存 (=90o) 2500 Number of Electron (arb.) オージェ電子 スペクトルの例 Auger k00906c 2000 Exp EGS4 1500 Compton Recoil 1000 500 0 0 5 10 Electron Kinetic Energy (keV) 15 700 Al 48.1 nm, 57.0 keV 600 Number of Electron (arb.) eγ Θ<10° ΔE=3% Guadala,Land&Price’s exp Ti 68 nm, 57.25 keV Compton Recoil Auger 500 k00906b Exp EGS4 400 300 200 100 0 0 5 10 Electron Kinetic Energy (keV) 15
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