Dependence of the average total kinetic energy of fission fragments on incident neutron energy studied by a 4D Langevin model

4Dランジュバンモデルによる核分裂片全平均運動エネルギーの入射中性子エネルギー依存性

島田 和弥 ; 石塚 知香子*; 千葉 敏*

Shimada, Kazuya; Ishizuka, Chikako*; Chiba, Satoshi*

核データの一つであるTKE(核分裂片の運動エネルギー)は、核分裂で得られるエネルギーだけでなく、臨界安全性評価にも影響を与える。それゆえ、TKEに影響を与える根源的な要因を探ることは、原子力エネルギーの基礎研究と応用にとって不可欠である。直観的には、標的核への入射中性子エネルギーが増加すると、TKEも増加すると予想される。しかし、実験的には励起エネルギー(入射中性子エネルギー)が増加するとTKEが減少することが知られている。本研究では、この現象を調査するため、核分裂に至るまでの複合核の形状変化をブラウン運動として捉える4次元ランジュバンモデルを用いて、TKEの励起エネルギー依存性を計算した。それにより、TKE減少は重い核分裂片の変形に起因することが明らかになった。励起エネルギーが増加すると、重い分裂片は球形からラグビーボール状に変形した。その結果、断裂時の2つの分裂片の距離が増加し、クーロン斥力、そしてTKEも減少すると明らかになった。この時、質量欠損で得られるエネルギーは分裂片の変形で消費され、TKEが小さくなると解釈される。

TKE (total kinetic energy), one of the nuclear data, is the kinetic energy of fission fragments, and influences not only the energy obtained in nuclear fission, but also the criticality safety assessment. Exploring the underlying factors influencing TKE is vital for fundamental research and utilization of nuclear energy. Instinctively, it is expected that as the energy of incident neutrons on the target nucleus increases, thus leading to a corresponding increase in TKE. However, experimental evidence suggests that TKE decreases as the excitation energy increases. In this study, we investigate this phenomenon. The four-dimensional Langevin model captures the overall shape of the nuclear fission fragment as Brownian motion until the nuclear fission. Using this model, we calculated the excitation energy dependence of TKE. Our investigation reveals that the decreasing trend in TKE can be attributed to the deformation of the heavy fission fragments.