陽子入射反応における最前方方向の中性子生成二重微分断面積の測定

Measurements of neutron-production double-differential cross sections in most-forward direction by proton incidences

佐藤 大樹   ; 岩元 洋介   ; 小川 達彦   

Satoh, Daiki; Iwamoto, Yosuke; Ogawa, Tatsuhiko

数10MeV以上のエネルギーを持つ陽子と物質との相互作用において最前方方向に多く生成される中性子は、その透過力から陽子加速器施設の遮蔽設計で重要となる。一方、実験データが不足しているため、遮蔽設計で利用される粒子輸送計算コードの最前方方向中性子生成に関する精度検証は十分に実施されていない。そこで、粒子輸送コードPHITSによる遮蔽計算の高度化を図るため、高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)において、炭素, アルミニウム, 鉄及び鉛への20, 34, 48, 63及び78MeV陽子入射に対する最前方方向中性子生成二重微分断面積(DDX)の系統的な実験データの整備を進めている。平成27年度は、63MeV及び78MeV陽子入射に対するDDXを取得し、PHITSの核反応計算に利用される評価済み核データライブラリJENDL-4.0/HE及び理論模型INCLの予測値と比較した。実験で得たDDXでは、核反応のQ値とエネルギー準位に対応したピーク及び準自由散乱によるピークが観測された。これに対し、JENDL-4.0/HEはQ値に対応したピークを再現するが、準自由散乱によるピークを再現できず、INCLはエネルギー準位の情報を持たない理由からいずれのピーク構造も再現できなかった。今後もDDXの取得を進め、PHITSによる最前方方向への中性子生成の予測精度の向上を図る。

At the nuclear interactions between protons whose kinetic energy is above several tens of MeV and materials, relatively high-energy neutrons are produced in the most-forward direction. While these neutrons are important in shielding design of proton-accelerator facilities, the reliability of particle transport simulation codes regarding the most-forward neutron production is not examined well because of the lack of experimental data. The purpose of the present research project is to acquire the systematic data of neutron-production double-differential cross sections (DDX) in the most-forward direction using the proton beams supplied at the Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application (TIARA) and to improve the accuracy of the particle transport code system PHITS. We plan to measure the DDXs of carbon, aluminum, iron, and lead for 20, 34, 48, 63, and 78 MeV protons. In FY 2015, the DDXs have been measured for 63 MeV and 78 MeV protons. The measured data were compared with the calculation results of the evaluated nuclear data library JENDL-4.0/HE and the theoretical model INCL which are utilized in the nuclear reaction calculation of PHITS. The peaks corresponding to the Q values, energy levels inside a nucleus, and quasi-free scattering were observed in the measured neutron spectra. JENDL-4.0/HE reproduced the peaks corresponding to the Q values and energy levels, but could not reproduce the structures by quasi-free scattering. On the other hand, INCL could not reproduce any peaks because the model does not consider the energy levels inside a nucleus. We'll continue to prepare the systematic data set for the PHITS improvement.