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

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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。