Application of new nuclear de-excitation model of PHITS for prediction of isomer yield and prompt -ray production

PHITSの新脱励起モデルの即発線・アイソマー生成率予測への応用

小川 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   ; 仁井田 浩二*

Ogawa, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko; Niita, Koji*

励起した原子核の脱励起を再現するモデルEBITEM(ENSDF-Based Isomeric Transition/isomEr production Model)を開発し、汎用放射線輸送計算コードPHITSに実装した。EBITEMは原子核構造データファイル(ENSDF)とそれを補足する理論式に準拠して、励起した核の脱励起反応を再現するモデルであり、核内カスケード反応や中性子捕獲反応などを経た核が放出する即発線や、準安定核の生成を計算させることができる。現行のPHITSは準安定核の生成を計算することはできず、また即発線スペクトルも物理的な過程を考慮しないモデルで計算されているため、EBITEMはそれらを改善できる。EBITEMを実装したPHITS(PHITS-EBITEM)は、中性子捕獲反応については数10%の範囲内で即発線スペクトルや準安定核生成の文献値を再現することができた。また核破砕反応については、過小評価される傾向にはあるものの準安定核の生成は計算値と文献値が3倍以内で一致した。EBITEMの実装により、検出器性能評価や即発線を含む遮蔽計算、準安定核を含む放射性残留核計算などをPHITSにより高い精度で行うことができる。

A new de-excitation model, EBITEM (ENSDF-Based Isomeric Transition/ isomEr production Model), intended for simulation of isomeric transition of excited nuclei was incorporated to PHITS and applied for de-excitation of nuclear reaction products. The energy spectra of the prompt -rays and isomer production in various reactions were simulated by PHITS-EBITEM and compared with literature data. The isomeric to ground ratios and prompt -ray spectra from neutron capture reaction products agreed with literature data generally within a few 10%. PHITS-EBITEM was also applied to spallation reaction products and isomeric to ground ratios were reproduced within a factor of three. PHITS-EBITEM is useful for accurate simulation of detector performance, radiation shielding and radioactive inventory including isomers.