Energy-dependent fragmentation cross sections of relativistic C

相対論的エネルギーを持つ炭素イオンにおけるフラグメント生成断面積のエネルギー依存性

小川 達彦   ; 佐藤 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 大樹   ; 津田 修一  ; 仁井田 浩二*

Ogawa, Tatsuhiko; Sato, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Satoh, Daiki; Tsuda, Shuichi; Niita, Koji*

重イオンによる被ばくが生じる宇宙活動や重粒子線がん治療などの線量評価では、原子核-原子核反応のモデル化が重要となる。しかし、モデルの検証で必要な核反応による核種生成断面積は、エネルギーに対する系統的な測定例がほとんどなかった。そこで、本研究では厚いターゲットを使用して、炭素イオン照射により生成する様々なエネルギーの破砕片を多段のシンチレータに通して検知する測定法を開発した。この測定による結果から破砕片の電荷や質量、生成時のエネルギーを求め、破砕片生成断面積をエネルギーに対して系統的に明らかにした。また、放射線輸送計算コードPHITSは、原子核-原子核反応のモデルとして、JAERI量子分子動力学モデル(JQMD)を採用してきたが、数100MeV/uのエネルギーで原子核の中心同士が遠い場合の反応(周辺衝突反応)での核種生成を過小評価する問題があった。従来のJQMDは核子間に働く相互作用が相対論不変な形式になっていなかったため、実験室系から重心系への座標変換によって核子のエネルギーが変化し、原子核が反応前に励起・分解していた。そこで、核子間の相互作用を相対論不変な形式に直した改良型JQMD(JQMD2.0)を開発した。JQMD2.0を用いて計算したところ、フラグメント生成断面積の測定値のうち、特に周辺衝突反応で生成する核種の生成をより正確に再現した。

For prediction of radiological impact of heavy ions in accelerator facilities, space missions and cancer therapy, nuclear reaction models play a fundamental role. 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 JQMD underestimates projectile-like fragments produced in peripheral collisions. Moreover, no cross section data systematically measured over a wide energy range are not available, which makes it difficult to benchmark the reaction models. In this study, we develop a method to measured fragmentation cross sections using a thick target and detecting fragments produced from incident ions fragmented in the target using telescope detectors. Thus we obtained fragmentation cross sections systematically over a wide energy range. We also revise the description of reaction mechanism and ground-state nuclear structure in JQMD to take into account for peripheral collisions accurately. So far, ground-state nuclei got excited and sometimes disintegrated owing to frame transform from the laboratory system to the center-of-mass system. Fragment production cross sections calculated by the revised JQMD (JQMD2.0) are in better agreement with the literature data.