Application of JAERI Quantum Molecular Dynamics model for collisions of heavy nuclei

JAERI量子分子動力学モデルの重核衝突への応用

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*

重粒子線がん治療施設などの重イオン加速器の放射線安全評価においては、原子核-原子核反応の正確なモデル化が重要となる。放射線輸送計算コードPHITSはその反応モデルとして、JAERI量子分子動力学モデル(JQMD)を採用してきた。このモデルにより、残留核や二次中性子の生成をある程度正確に計算することができたが、核子間に働く相互作用が相対論不変な形式になっておらず、座標変換によって核内の定常状態から離脱する問題があった。この問題により、加速器の構造材や遮へい材として用いられる鉄や鉛などの核は反応を起こす前に崩壊しやすく、反応による崩壊とそうした疑似的崩壊が区別できなくなっていた。そこで、原子核内における核子間の相互作用を座標変換の相対論的効果に対して安定な形式に直す、核反応前の原子核を時間発展させて崩壊しないかチェックする、核媒質内効果を考慮して核子間の弾性散乱断面積を補正するなどの工夫を施した。この改良型JQMD(JQMD 2.0)を用いて、銀ターゲットに対する炭素イオン入射反応におけるフラグメント生成断面積を計算したところ、より正確に実験値を再現できることを確認した。

Nucleus-nucleus reactions models are important for radiological safety in heavy ions accelerator facilities such as heavy ion cancer therapy facilities. As one of such models, JAERI Quantum Molecular Dynamics (JQMD) has been successfully used to describe production of residue and secondary particles in nucleus-nucleus collisions. However, it has been pinpointed that formulation of interactions between nucleons were unstable through time evolution therefore heavy nuclei tended to decay before interactions. Such decays could not be distinguished from decay by collisions. In this study, we revised the description of interactions between nucleons to stabilize nuclei before collisions. Moreover, an algorithm to check the stability of ground-state nuclei was introduced. Description of nucleon-nucleon scattering cross sections were improved by introducing the in-medium effects. Fragment production cross sections for heavy targets (e.g. Ag) are predicted in better accuracy by thus developed revised JQMD (JQMD 2.0).