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Measurement of radioactive fragment production excitation functions of lead by 400 MeV/u carbon ions

400MeV/u炭素イオンによる放射性フラグメント生成反応励起関数の測定

小川 達彦; Morev, M. N.*; 小佐古 敏荘*

Ogawa, Tatsuhiko; Morev, M. N.*; Kosako, Toshiso*

放射線医学総合研究所HIMACにおいて400MeV/uの炭素イオンを厚い鉛ターゲットに照射し、$$^{Nat}$$Pb(C,x)反応でのフラグメント生成断面積をエネルギーの関数として32種類の生成核に対して求めることに成功した。実験では、陽子入射でこれまで用いられてきた積層箔法を重イオン入射反応用に改良した新手法を用い、これにより先行研究にほとんどなかった励起関数の測定を可能とした。本実験での測定結果は、薄いターゲットを使用して測定した結果との比較で矛盾なく一致していることから、本測定手法は妥当なものと判断される。実験結果により放射線輸送計算コードPHITSを検証した結果、軽いフラグメントや100MeV/u近くのエネルギーに対して断面積の過小評価がみられた。さらなる解析によりPHITSの物理モデルの欠損、特にマルチフラグメンテーション過程の不足がその理由であることを明らかにした。なお、本発表は2012年に開催された第12回放射線遮へい国際会議における報告がセッション最優秀論文賞に選定されたため、本学会に推薦され、招待講演を行うものである。

Depth distributions of radioactive fragments in a thick lead target exposed to 400 MeV/u carbon ions were measured to obtain isotopic production cross-sections of $$^{Nat}$$Pb($$^{12}$$C,x)X (X=$$^{46}$$Sc, $$^{48}$$V, $$^{54}$$Mn, $$^{56}$$Co, $$^{58}$$Co, $$^{59}$$Fe, $$^{75}$$Se, $$^{83}$$Rb, $$^{85}$$Sr, $$^{113}$$Sn, $$^{121}$$Te, $$^{127}$$Xe, $$^{133}$$Ba, $$^{139}$$Ce, $$^{143}$$Pm, $$^{144}$$Pm, $$^{146}$$Gd, $$^{148}$$Eu, $$^{149}$$Gd, $$^{172}$$Hf and $$^{175}$$Hf) reactions as excitation functions. The obtained fragment distributions were converted to excitation functions of fragmentation cross-sections by the modified stacked-foil method. This conversion procedure was validated by comparing the obtained data with the available thin target experimental data. The obtained cross-sections were in good agreement with the previously published results. Comparison of the obtained cross-sections and the simulation by PHITS showed that PHITS underestimates fragments lighter than 90 amu by factor of about 10 whereas the fragments heavier than 110 amu were predicted within a factor of 3. Energy and mass dependences of the obtained cross-sections give insight into the reaction mechanism and will be useful for radiation transport code benchmarking. Furthermore, this study clarified that excitation functions of fragmentation reactions induced by heavy ions can be obtained by applying the method adopted in this study.

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