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。

这项研究旨在提高辐射测量的准确性，并正在开发一个模型，以通过计算机模拟阐明导致辐射检测的详细过程。探测器上的辐射通过相互作用产生大量低能电子电子，这些低能电子电子被转换为电信号并发射光。因此，在评估检测器响应时，重要的是要分析由辐射产生的低能电子电子的行为。因此，作为电子和重离子传输计算代码（PHIT）的函数，我们正在开发一个轨道结构分析代码，该代码可以跟踪在纳米级且能量极低的物质中的电子束行为。今年，我们开发了一个电子束轨道结构分析代码，该代码可以分析半导体Si的电子束的行为，该尺寸通常用作检测器，并以phits实施。另一方面，尽管此功能允许进行详细的计算，但有必要为每种物质创建交互横截面区域数据。因此，为了适应由各种物质组成的通用探测器的响应分析，我们开发了一种比电子束轨道结构分析精确的方法，该方法已经为每种物质准备好了，但是可以轻松地计算出基本物理特性的任何物质的电子横截面区域。开发的方法允许通过电子和带隙能量的结合能计算的材料中电子相互作用的横截面区域。使用该方法结合使用PHIT计算的横截面区域来计算Si中的电子范围，并且使用Electron Beam Track结构分析计算函数使用实验数据一致，结果与计算结果一致。此外，当计算出每个给定能量的电子数量时，对于半导体材料的精度，实验值的精度约为10％。