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Geant4 physics process for elastic scattering of $$gamma$$-rays

ガンマ線の弾性散乱のGeant4物理プロセス

Omer, M.; 羽島 良一*

Omer, M.; Hajima, Ryoichi*

原子核蛍光共鳴散乱(NRF)は、核物質の非破壊検査(NDA)において有用な技術である。NRFは同位体に固有のエネルギーをもった$$gamma$$線と物質の相互作用であることから、同位体を識別したNDAを実現できる。しかしながら、NRFと競合する他の光核相互作用が存在し、そのため、NRFによるNDAの測定性能が制限される可能性がある。競合する相互作用のうち原子核による$$gamma$$線の弾性散乱(デルブリュック散乱)は、これまでのモンテカルロコードでは考慮されていなかった。日本原子力研究開発機構では、平成27年度からNRFに基づくNDAシステムの開発プログラムを開始し、その一環として$$gamma$$線の弾性散乱がNRF測定に及ぼす影響を評価するために、Geant4に$$gamma$$線の弾性散乱を追加するためのコードを新規に開発した。今回刊行するJAEA-データ/コードレポートでは、シミュレーションコードの詳細な説明と、コード入力に用いた$$gamma$$線弾性散乱断面積、および、コードの検証と妥当性確認に用いた計算結果を示す。このレポートを公開することで、当該コードの信頼性向上に必要なユーザーからのフィードバックの機会が得られる。本研究は文部科学省の核セキュリティ強化等推進事業費補助金の支援を受けた。

Nuclear resonance fluorescence (NRF) is a promising technique for the non-destructive assay (NDA) of nuclear materials. Its powerfulness is apparent in the highly penetrative $$gamma$$-rays emitted in an isotopic fingerprint of the NRF interactions. However; there exist other interactions that may interfere with the NRF and hence, may limit its accuracy. Of these interactions is the elastic scattering of $$gamma$$-rays by atoms which needs further investigation and testing. Japan Atomic Energy Agency started in 2015 to develop a NDA system based on the NRF for nuclear non-proliferation and nuclear security purposes. One of the tasks of the current development is assessing the effect of the elastic scattering of $$gamma$$-rays on NRF measurement. A new simulation code for the elastic scattering of $$gamma$$-rays has recently been developed in the Geant4 environment. The present JAEA-Data/Code report provides a more detailed description of the simulation code as well as an elaborated illustration of the elastic scattering of $$gamma$$-rays and its interaction cross sections. This report facilitates user feedback of the simulation code which is indispensable for reaching a stable and reliable simulation. The current report would contribute to better understanding of the elastic scattering of $$gamma$$-rays. This research was implemented under the subsidiary for nuclear security promotion of MEXT.

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