Current status of the "Hybrid Kurotama model" for total reaction cross sections

全反応断面積に関する"ハイブリッド黒玉モデル"の現状

Sihver, L.*; 小濱 洋央*; 飯田 圭*; 親松 和浩*; 橋本 慎太郎  ; 岩瀬 広*; 仁井田 浩二*

Sihver, L.*; Kohama, Akihisa*; Iida, Kei*; Oyamatsu, Kazuhiro*; Hashimoto, Shintaro; Iwase, Hiroshi*; Niita, Koji*

物質中を通過する際の核反応の発生確率や生成するフラグメントの量は、核子-原子核および原子核-原子核間の全反応断面積により与えられる。そのため、加速器施設における遮へい設計や粒子線治療における線量評価等を目的とした粒子や重イオンの輸送計算においては、これらの全反応断面積を精度よく計算できるモデルが重要な役割を果たす。黒玉モデルは、原子核を完全に粒子を吸収する黒体と仮定し、陽子-原子核の散乱データからその半径を系統的に評価することで、様々な原子核の全反応断面積を計算するモデルである。しかし、この仮定は数100MeV/u以下のエネルギー領域では満たされず、実験データを再現しないという問題があった。本研究では、低エネルギー領域をTripathiらの半経験的モデルで与える"ハイブリッド黒玉モデル"を新たに開発した。このハイブリッド黒玉モデルにより、陽子-He、陽子-原子核、原子核-原子核間の全反応断面積を評価し、これらの反応の実験データとの比較を行った。その結果、他の従来モデルと比べて幅広いエネルギー領域で実験データの再現性が高くなり、粒子輸送計算で利用する全反応断面積モデルとして非常に有効であることがわかった。

Accurate calculations of the nucleon + nucleus and nucleus + nucleus total reaction cross sections are of great importance for designing accelerator facilities and estimating dose in particle therapy with particle and heavy ion transport calculations, because the probability of nuclear reactions in the calculations depends on the cross sections. The Kurotama model assumes a target nucleus to be Black Sphere (BS), and gives the total reaction cross sections systematically using its radius determined from proton-nucleus elastic scattering data. However, the BS model breaks down below around 100 MeV/u. In this study, we developed the "hybrid Kurotama" model by connecting the BS model to the semi-empirical model of Tripathi et al. at low energies. The model has been tested against available p + He, p + nucleus, and nucleus + nucleus data and an overall better agreement has been found than for earlier published models. This model is suitable to be used in particle transport calculations.