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Measurements and Monte Carlo calculations of forward-angle secondary-neutron-production cross-sections for 137 and 200 MeV proton-induced reactions in carbon

137, 200MeV陽子-炭素反応から生成する二次中性子断面積の測定とモンテカルロ計算

岩元 洋介  ; 萩原 雅之*; 松本 哲郎*; 増田 明彦*; 岩瀬 広*; 八島 浩*; 嶋 達志*; 民井 淳*; 中村 尚司*

Iwamoto, Yosuke; Hagiwara, Masayuki*; Matsumoto, Tetsuro*; Masuda, Akihiko*; Iwase, Hiroshi*; Yashima, Hiroshi*; Shima, Tatsushi*; Tamii, Atsushi*; Nakamura, Takashi*

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの中性子生成に関する精度検証のために、137, 200MeVの陽子-炭素核反応により、最前方方向(0$$^{circ}$$から25$$^{circ}$$の間の6点)に放出される中性子生成二重微分断面積を飛行時間法を用いて測定した。また、評価済み核データJENDL/HE-2007, ENDF/B-VII及び物理モデルBertini-GEM, ISOBAR-GEMを用いて、実験と同じ条件で中性子生成二重微分断面積を導出した。その結果、137MeV陽子入射に関して、JENDL/HE-2007を用いた計算結果は、物理モデルでは再現できない$$^{12}$$C(p,n)$$^{12}$$Nに起因するピーク構造を含めて、実験値をよく再現することがわかった。200MeV陽子入射に関しては、JENDL/HE-2007を用いた計算結果は、JENDL/HE-2007の評価手法が陽子エネルギー150MeVを境界にして異なるために、実験値を大きく過小評価することがわかった。得られた実験値は、炭素の評価済み核データの修正及びモンテカルロ輸送計算の物理モデル改良に対して有益となる。

Secondary neutron-production double-differential cross sections (DDXs) have been measured from interactions of 137 MeV and 200 MeV protons in a natural carbon target. The data were measured between 0$$^{circ}$$ and 25$$^{circ}$$ in the laboratory. Benchmark calculations were carried out with the PHITS code using the evaluated nuclear data files of JENDL/HE-2007 and ENDF/B-VII, and the theoretical models of Bertini-GEM and ISOBAR-GEM. For the 137 MeV proton incidence, calculations using JENDL/HE-2007 generally reproduced the shape and the amount of experimental spectra well including the ground state of the $$^{12}$$N state produced by the $$^{12}$$C(p,n)$$^{12}$$N reaction. ISOBAR predicts the nucleon emission to the forward angles qualitatively better than the Bertini model and JENDL/HE-2007. These experimental data will be useful to evaluate the carbon data and as benchmark data for investigating the validity of the Monte Carlo simulation for the shielding design of accelerator facilities.

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