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Development and experimental validation of an electron track structure code to develop a model for reproducing radiation detector response

Research Project

Project/Area Number 22K14630
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

Hirata Yuho  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究員 (30881057)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsモンテカルロシミュレーション / 放射線計測 / 電子挙動解析 / 消光現象 / 重粒子線 / 放射線検出器 / 電子飛跡構造解析
Outline of Research at the Start

計算機シミュレーションを用いた放射線検出器の応答予測は放射線計測の高精度化や、妥当性検証のため必要不可欠である。多くの検出器は放射線により発生する電荷キャリアを介して放射線を計測しているため、検出器応答の正確な予測には電荷キャリアが生成するまでの過程を理論的に計算する必要がある。そこで、種々の検出器材料を対象として、電子の挙動を細かく追跡できる電子飛跡構造解析コードを開発する。

Outline of Final Research Achievements

The goal of this research was to theoretically reproduce the detection process of radiation detectors by developing a new feature in the radiation transport calculation code PHITS, which precisely calculates radiation behavior at the nanoscale. This new feature can simulate the generation of excited electrons, essential for evaluating detector responses. Additionally, a model was developed to predict the response of phosphor detectors to particle radiation. Comparisons with experimental data confirmed that this model accurately reproduces the detection process.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により開発されたシミュレーションコードは、放射線検出器の検出過程をナノスケールで精密に解析する能力を備えている。これにより、放射線検出器の測定結果の補正や新たな検出器の開発に役立てることが可能となり、正確な放射線量の評価を通じて、より安全な放射線利用に貢献できる。さらに、このコードは検出器応答の評価に限らず、様々な物質への放射線影響を評価するための汎用モデルとして使用可能である。これにより、材料損傷のメカニズム解析など、幅広い分野での応用が期待できる。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Development of a model for evaluating the luminescence intensity of phosphors based on the PHITS track-structure simulation2024

    • Author(s)
      Hirata Yuho、Kai Takeshi、Ogawa Tatsuhiko、Matsuya Yusuke、Sato Tatsuhiko
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      Volume: 547 Pages: 165183-165183

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2023.165183

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of an electron track-structure mode for arbitrary semiconductor materials in PHITS2023

    • Author(s)
      Hirata Yuho、Kai Takeshi、Ogawa Tatsuhiko、Matsuya Yusuke、Sato Tatsuhiko
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: 10 Pages: 106001-106001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad00f4

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Implementation of the electron track-structure mode for silicon into PHITS for investigating the radiation effects in semiconductor devices2022

    • Author(s)
      Hirata Yuho、Kai Takeshi、Ogawa Tatsuhiko、Matsuya Yusuke、Sato Tatsuhiko
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: 10 Pages: 106004-106004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac8ae9

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Analysis of radiation interactions in phosphors using the PHITS track-structure mode for evaluating the response of radiation detectors2023

    • Author(s)
      Hirata Yuho、Kai Takeshi、Ogawa Tatsuhiko、Matsuya Yusuke、Sato Tatsuhiko
    • Organizer
      21st International Conference on Radiation Effects in Insulators
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PHITSによる任意の物質に対する電子線飛跡構造計算に向けた基礎検討2023

    • Author(s)
      平田悠歩、甲斐健師、小川達彦、松谷悠佑、佐藤達彦
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ミクロな線量付与に着目した蛍光体放射線検出器の応答予測モデルの開発2022

    • Author(s)
      平田悠歩、甲斐健師、小川達彦、松谷悠佑、佐藤達彦
    • Organizer
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループオンライン研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2025-01-30  

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