放射線検出器応答の再現モデル開発に向けた電子飛跡構造解析コードの開発と実験検証

电子轨道结构分析代码的开发和实验验证，用于开发再现辐射探测器响应的模型

基本信息

批准号：
22K14630
负责人：
平田悠歩
金额：
$ 1.75万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では放射線計測の高精度化を目指し、放射線が検出されるまでの詳細な過程を計算機シミュレーションにより解明するためのモデル開発を行っている。検出器に入射した放射線は、相互作用により多数の低エネルギー電子を生成し、これらの低エネルギー電子が電気信号や発光に変換され検出される。そのため、検出器応答を評価する際には、放射線から発生する低エネルギー電子の挙動解析が重要である。そこで、電子・重イオン輸送計算コード（PHITS）の機能として、検出器を構成する物質中の電子線挙動をナノスケールかつ極めて低いエネルギーまで追跡可能な飛跡構造解析コードを開発している。今年度は検出器として多く利用されている半導体Siについて、電子線の挙動を詳細に解析できる電子線飛跡構造解析コードを開発し、PHITSに実装した。一方で、本機能は詳細な計算が可能である反面、物質ごとに相互作用断面積データを作成する必要がある。そこで、様々な物質から構成される一般の検出器の応答解析に対応するため、物質ごとにデータ整備を行った電子線飛跡構造解析より精度は劣るが任意の物質に対する電子の断面積を基礎的な物性値から簡易的に計算できる手法を開発した。開発した手法では電子の束縛エネルギーやバンドギャップエネルギーなどから、物質中の電子の相互作用ごとの断面積を計算することができる。この手法により計算した断面積とPHITSを組み合わせてSi中の電子の飛程を計算した結果、実験データを用いた電子線飛跡構造解析計算機能による計算結果と一致した。また、付与エネルギー当たりの発生電子数を計算したところ、半導体物質に対しては10%程度の精度で実験値を再現した。

在这项研究中，我们正在开发一个模型来阐明详细过程，直到通过计算器模拟检测到辐射，旨在改善辐射测量。由于相互作用，检测器中的辐射入射会产生大量的低能电子，并且这些低能电子被转换为电信号和光发射。因此，在评估检测器响应时，重要的是分析由辐射产生的低能电子。因此，作为电子和重离子传输计算代码（PHIT）的功能，我们开发了一个飞行的痕量结构分析代码，该代码可以由纳米级可以跟踪，并且可以在组成检测器的物质中进行极低的能量。今年，经常用作检测器的半导体Si已开发，可以详细分析电子光线。另一方面，虽然可以详细计算此功能，但有必要为每种物质创建相互作用横截面区域数据。因此，为了响应由各种物质组成的通用检测器的响应分析，准确性不如电子线飞行结构分析，这是为每种物质开发的，但是任何物质的电子横截面区域都是基本的我们已经开发了一种可以从物理价值来计算的方法。开发的方法可以根据电子结合能和带隙能计算物质中每种电子相互作用的横截面区域。由于通过该方法和PHIT计算的横截面区域结合了SI中的电子飞行，因此使用实验数据，它与电子线飞行结构分析计算函数相匹配。此外，当计算每个授予能量产生的电子数量时，半导体物质的精度重现了约10％的实验值。