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New approach to description of ($$d$$,$$xn$$) spectra at energies below 50 MeV in Monte Carlo simulation by intra-nuclear cascade code with distorted wave born approximation

50MeV以下のエネルギーにおける($$d$$,$$xn$$)スペクトルをモンテカルロシミュレーションにおいて記述するための核内カスケードコードに歪曲波ボルン近似計算を組み合わせた新しい手法

橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; Boudard, A.*; Cugnon, J.*; David, J.-C.*; Leray, S.*; Mancusi, D.*

Hashimoto, Shintaro; Iwamoto, Yosuke; Sato, Tatsuhiko; Niita, Koji*; Boudard, A.*; Cugnon, J.*; David, J.-C.*; Leray, S.*; Mancusi, D.*

近年、基礎研究や医療の分野では加速器を用いた高強度中性子ビームが利用されており、中性子生成反応として、特にLi, Be, Cを標的とした重陽子入射反応が注目されている。本研究では、これらの反応等による中性子生成を正確に予測するため、核内カスケードコードINCLと歪曲波ボルン近似(DWBA)を組み合わせた新しい核反応モデルを開発し、粒子輸送計算コードPHITSに組み込んだ。新たに開発したモデルを含むPHITSでは、INCLに組み込まれた陽子ストリッピング過程とDWBAで記述した原子核の離散状態間の遷移を考慮する計算が可能となった。その有効性は、実験データが存在する重陽子の入射エネルギーが40MeVのLi, C標的の反応と、Beを標的とした10及び18MeVの重陽子入射反応について、薄膜標的の2重微分断面積データ及び標的が厚い場合の中性子生成量を計算して検証した。その結果、新たな核反応モデルを含むPHITSによる計算により、実験による断面積データに見られる幾つかのピーク構造の再現性を大幅に向上できた。また、新しい核反応モデルによるPHITSを用いて計算した中性子生成量についても、実験データとよく一致した。

Recently, accelerator-based neutron sources have been considered for scientific research and medical applications, where deuteron-induced reactions of Li, Be, or C targets at low ($$<$$50 MeV) incident energies are essential to produce high-intensity neutron beams. Description of the reactions in simulations of particle transport are required to estimate dose distributions. In this study, we developed a new method that combines the Intra-Nuclear Cascade of Li$`e$ge (INCL) and Distorted Wave Born Approximation (DWBA), and incorporated it into the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). A proton-stripping process and transitions between discrete states of nuclei are considered in the method by INCL and DWBA, respectively. We applied the method to reproduce neutron spectra in the reactions on thin and thick targets. Results obtained by PHITS with the method successfully agreed with experimental data, which were not reproduced by the old model.

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