Development of general nuclear resonance fluorescence model

汎用核共鳴蛍光散乱モデルの開発

小川 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 佐藤 達彦   

Ogawa, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Sato, Tatsuhiko

核共鳴蛍光散乱反応(NRF)は、断面積ピークのエネルギーが同位体固有であることや、標準的な線検出器で測定が行えることなどから、核物質探知のための非破壊検査に対する応用が期待されている。現在のところNRFに関する研究では、逆コンプトン散乱を用いた単色光源の開発が進められており、実験技術は急速に進歩している。一方でシミュレーションはMCNP、Geant4などのコードで、これまでに測定された断面積を用いて、U-235など数核種のNRFを扱えるモデルが非公式版として開発されたものの、汎用的にNRFを再現できるモデルは開発されていない。本研究では、LiからBkまでの不安定核を含む1071核種について、ENSDF(Evaluated Nuclear Structure Data File)に掲載されている準位の情報と、原子核の準位間遷移に関する理論計算を組み合わせることで、汎用的にNRFを模擬するモデルEGNRF(ENSDF-based Generalized Nuclear Resonance Fluorescence model)を開発した。さらに、EGNRFを放射性核種生成や核物質探知のシミュレーションに応用する試験を行い、EGNRFの有効性を明らかにした。本モデルは、2015年12月25日に公開されたPHITS Ver.2.82に実装され、ユーザーに提供されている。

Nuclear resonance fluorescence (NRF) is regarded as a useful phenomenon for application to non-destructive assay of fissile nuclei because NRF cross section peak energy is specific to isotopic species and detection system can be build using conventional photon detectors. So far, experimental technique such as monochromatic photon source based on inverse Compton scattering are intensively studied. In contrast, some unofficial release of nuclear reaction models to simulate NRF based on the literature data are available; however, no general-purpose NRF model was developed. In this study, general-purpose NRF model which can simulate NRF of 1071 nuclear species including unstable nuclei from Li to Bk was developed using nuclear structure data of ENSDF (Evaluated Nuclear Structure Data File) and theoretical description of the level transitions. Moreover, the model was applied for generation of radioactive nuclei and nuclear material assay to illustrate its effectiveness. This model was incorporated to PHITS ver.2.82 released Dec. 25th 2015 and provided to users.