Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System PHITS Multi-Purpose Particle and Heavy Ion Transport code System 多種多様な線源の設定方法B PHITS講習会　入門実習 2016年3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。 Purpose 2 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

SourceB.inpの確認 基本計算条件 計算体系 入射粒子： 体系： タリー： 60Co線源を模した1.173と1.333MeVの光子 円柱状の水（半径10cm, 厚さ20cm）と真空のみ [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 cross_eng.eps Check Input File 3

実習内容 Dump dataを用いた線源 まとめと宿題 Dump dataの作成 Dump dataを利用した輸送計算 PHITS講習会　入門実習 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 Dump data 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 水 鉛 2段階目の計算の線源 60Co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 [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る。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（1段階目） dumpデータを用いた[source]セクションの入力形式（2段階目） [ T - C r o s s ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ file = ******.out dump = -11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 [ S o u r c e ] s-type = 17 file = ******_dmp.out dump = -11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 同じ 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 data 7 Dump定義文によって、dump dataとして出力するデータの種類と順番を指定します 番号 物理量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 順番を変えることもできる 番号 物理量 1 kf 粒子の種類 11 c1 カウンタ1の値 2 x 空間座標のx成分 12 c2 カウンタ2の値 3 y 空間座標のy成分 13 c3 カウンタ3の値 4 z 空間座標のz成分 14 sx スピンのx成分 5 u 速度のx成分 15 sy スピンのy成分 6 v 速度のy成分 16 sz スピンのz成分 7 w 速度のz成分 17 name 粒子の衝突回数 8 e エネルギー 18 nocas イベント番号 9 wt ウェイト 19 nobch バッチ番号 10 time 時間 20 no カスケードID Dump data 7

使用する際の注意 （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 dataを蓄える領域は外部ボイドとする （1段階目）2段階目の結果に対して１段階目の粒子間の相関を考慮した統計処理を行うには、粒子情報と共にイベント番号(nocas)とバッチ番号(nobch)もdumpする （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を確認する （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 粒子情報と共にイベント番号(nocas)とバッチ番号(nobch)をdumpした場合は、 １段階目の粒子間の相関を考慮した統計誤差を算出するidmpmode=1*が適用される。（イベント番号とバッチ番号がない場合は旧来のidmpmode=0が適用され、2段階目だけで統計誤差が算出される） *PHITS2.80から有効 Dump data 8

課題1 水の部分を通過した粒子の情報をdump dataとして蓄えるために、水の後ろ部分（z軸の正の側）を外部ボイドとして設定しましょう 水の後ろ側（z軸の正の側）に半径10cm, 厚さ5cmの 円柱状の領域を外部ボイドとして定義する（セル番 号は102とする） [cell]セクションにおいて外部ボイドとして設定する場 合は、物質番号の箇所を-1とする（密度の項目は必 要ない） Dump領域 （外部ボイドとして定義） ＊外部ボイドはicntl=8の体系確認モードでは図示されないので、icntl=0の輸送計算モードで確認してください。 Dump data 9

課題1の答え合わせ 水の部分を通過した粒子の情報をdump dataとして蓄えるために、水の後ろ部分（z軸の正の側）を外部ボイドとして設定しましょう 外部ボイドでは粒子の輸送が行われない SourceB.inp [ S u r f a c e ] 10 so 500. 11 cz 10. 12 pz 0. 13 pz 20. 14 pz 25. [ C e l l ] 100 -1 10 101 1 -1. -11 12 -13 102 -1 -11 13 -14 110 0 -10 #101 #102 track_xz.eps Dump data 10

課題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 Dump data 11 [t-cross]セクションをコピー＆ペーストし、合計2つの[t-cross]を 用意する（1つ目はdump data用で、2つ目は蓄えたdataが十分 かどうかを調べるため） 1つ目の[t-cross]にdumpパラメーターを加える（蓄積するデータ は番号1から9までの9種類とイベント番号[番号18]とバッチ番号 [番号19]の合計11種類） 1つ目の[t-cross]において、セル番号101から102に移動する光 子をタリーするように変更する。また、出力ファイル名を cross_photon.outに変更し、epsoutを0にする 2つ目の[t-cross]において、セル番号101から102に移動する光 子をタリーできるよう条件を加える(areaはp102とする) Dump領域 （セル番号102） 水の領域 （セル番号101） 101から102に移動する光子をdumpする Dump data 11

課題2の答え合わせ 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 SourceB.inp [ T - C r o s s ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ 1 101 102 314.15 ne = 200 unit = 1 axis = eng file = cross_photon.out output = flux part = photon epsout = 0 dump = -11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 reg = 2 non r-in r-out area 1 110 101 314.15 2 101 102 314.15 cross_eng.eps（2ページ目） 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 Dump data 12

課題3 線源として十分な量のdump dataを求めましょう Dump data 13 maxcasを増やしてdump data量を大きくする maxcas=1000の結果 maxcas=10000の結果 cross_eng.eps（2ページ目） まだ隙間がある Dump data 13

課題3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 Dump data 14 maxcas=100000の結果 cross_eng.eps（2ページ目） 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 14

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課題4 Dump dataを線源とした輸送計算を実行させましょう Dump data 16 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） セル番号102の領域をvoidにする（物質番号の箇所は0） Dumpパラメーターを含んだ[t-cross]はoffにする dumpデータを用いた[source]セクションの入力形式 [ S o u r c e ] s-type = 17 file = cross_photon_dmp.out dump = -11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 cross_photon_dmp.outと cross_photon.outが必要* *イベント番号とバッチ番号がdumpデータに含まれる場合、”_dmp”が付いてない方のファイルから、自動で１段階目のmaxcasとmaxbchを読み込む（2段階目のmaxcasとmaxbchは無視される） Dump data 16

課題4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 Dump data 17 SourceB.inp [ S o u r c e ] off totfact = 2.0 ・ ・ ・ ・ ・ ・ [ S o u r c e ] s-type = 17 file = cross_photon_dmp.out dump = -11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 [ T - C r o s s ] off ・ ・ ・ ・ ・ ・ dump = -11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 19 水の後ろ側からdump dataにある粒子が放出されている [ C e l l ] 100 -1 10 101 1 -1. -11 12 -13 102 0 -11 13 -14 110 0 -10 #101 #102 track_xz.eps Dump data 17

課題5 水の後ろ側に鉛の遮へい体を置きましょう Dump data 18 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p102とする) 鉛の同位体比 204Pb 0.014 206Pb 0.241 207Pb 0.221 208Pb 0.524 1cm セル番号103 （真空） セル番号101 （水） セル番号102 （鉛） Dump data 18

課題5の答え合わせ1 水の後ろ側に鉛の遮へい体を置きましょう Dump data 19 SourceB.inp [ M a t e r i a l ] mat[1] 1H 2 16O 1 mat[2] 204Pb 0.014 206Pb 0.241 207Pb 0.221 208Pb 0.524 [ T - C r o s s ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ reg = 3 non r-in r-out area 1 110 101 314.15 2 101 102 314.15 3 102 103 314.15 [ S u r f a c e ] ・ ・ ・ ・ ・ ・ 13 pz 20. 14 pz 25. 15 pz 26. [ C e l l ] 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 track_xz.eps Dump data 19

課題5の答え合わせ2 水の後ろ側に鉛の遮へい体を置きましょう Dump data 20 鉛領域に入射する 光子のスペクトル cross_eng.eps（3ページ目） 鉛の前後（左右の結果）で1.173MeVと1.333MeVのスペクトルの強度がおよそ1/100になっている （1/1000になる鉛の厚さはどの位か調べてみましょう） Dump data 20

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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 粒子情報と共にイベント番号とバッチ番号を同時にdumpしておく ことで、１段階目も含めた統計誤差計算idmpmode=1が行える （PHITS2.80以降） idmpmode=1の注意点 dumpデータをソースに使用する計算では、totfactが無視される 　　　　　⇒dumpデータを作るとき（1段階目の計算時）にtotfactを設定する マルチソースと共に使用することはできない（代わりにSumtallyを使用する） （2段階目の計算時）[Parameters]セクションで指定する再開始計算（istdev<0）や全ての情報をダンプさせるオプション（dumpall=1）は使用できない 従来の統計処理を行いたい場合は、イベント番号もしくはバッチ番号の含まれていないdumpデータを使用するか、またはidmpmode=0を明示的に指定する dmpmultiの値を設定することで、dumpデータの使い回しが行える（dmpmulti=2.0⇒2回） 《休憩はさむ》 まとめ Acknowledgement idmpmode=1およびdmpmultiによる使い回し計算は、日本原子力学会「2015年春の年会」での波戸氏(KEK)らの発表“モンテカルロつなぎ計算における不確かさ評価”（演題番号N50）を参考に改良を行ったものです。 Summary 22

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） 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]） 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 宿題（3次元体系） 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 23

実効線量の空間分布（鉛の厚さを5.0cmとした場合） 宿題（解答例） 実効線量の空間分布（鉛の厚さを5.0cmとした場合） 1段階目 2段階目 dmpmulti=1.0 dmpmulti=10.0 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 24