Stochastic estimation of nuclear level density in the nuclear shell model; An Application to parity-dependent level density in Ni

原子核殻模型による核準位密度の確率的計算法; Niのパリティ依存準位密度への応用

清水 則孝*; 宇都野 穣   ; 二村 保徳*; 櫻井 鉄也*; 水崎 高浩*; 大塚 孝治*

Shimizu, Noritaka*; Utsuno, Yutaka; Futamura, Yasunori*; Sakurai, Tetsuya*; Mizusaki, Takahiro*; Otsuka, Takaharu*

原子核の準位密度は中性子捕獲反応断面積を支配し、そのため原子力や天体核物理への応用に重要な役割を担っている。この論文では、準位密度を殻模型を用いて現実的かつ精度よく計算する新しい手法を提唱し、その有用性を示した。この手法は、準位密度を複素平面の周回積分に置き換え、その各積分点で現れるオペレータのトレースを確率的に効率良く求めるという発想に基づいている。厳密に固有値分布が得られる系でこの手法の有用性を確かめた後、従来直接的には計算不可能だったNiのパリティ依存準位密度を計算した。その結果、Niのと状態の準位密度が低い励起エネルギーでほぼ等しくなるという、これまでの手法では再現できなかった性質を微視的に得ることに初めて成功した。

Nuclear level density plays an important role in applications to nuclear energy and nuclear astrophysics, dominating neutron-capture cross sections. In this paper, we propose a new, practical and accurate method of estimating nuclear level density within the framework of the nuclear shell model, and show its feasibility and usefulness. This method is based on the idea that the level density is obtained by the number of eigenstates that is represented as a contour integral in the complex plane. We first confirm the feasibility of this method using a small system in which the exact eigenstates are available, and then calculate parity-dependent level density in Ni, which cannot be calculated with direct eigenstate counting. We succeed in reproducing the experimental result that the and level densities are almost identical in low-energy regions, which cannot be obtained with conventional methods of estimating level densities.