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Benchmark of neutron production cross sections with Monte Carlo codes

モンテカルロコードによる中性子生成断面積計算のベンチマーク

Tsai, P.-E.; Lai, B.-L.*; Heilbronn, L. H.*; Sheu, R.-J.*

Tsai, P.-E.; Lai, B.-L.*; Heilbronn, L. H.*; Sheu, R.-J.*

薄膜ターゲットを用いた15種類の照射条件について、中性子生成断面積のベンチマークを実施した。条件は、核子当たり135$$sim$$600MeVの$$^{12}$$C, $$^{20}$$Ne, $$^{40}$$Ar, $$^{84}$$Kr, $$^{132}$$Xeイオン照射、$$^{nat}$$Li, $$^{nat}$$C, $$^{nat}$$Al, $$^{nat}$$Cu, $$^{nat}$$Pbターゲットを組み合わせたものである。実験値を4つのシミュレーション法(1)PHITS 2.73 (JQMDとGEMモデル)、(2)PHITS 2.82 (JQMD 2.0とGEMモデル)、(3)FLUKA 2011.2c (RQMD 2.4とFLUKA脱励起モデル)、及び(4)MCNP6-1.0 (LAQGSM 03.03とGEM2モデル)による結果と比較した。本研究は計算コードユーザーだけでなく、PHITS-JQMDモデル開発者にとっても有益な情報をもたらすものであり、加速器施設安全や重粒子線治療、宇宙放射線科学の発展に資する将来の重イオン核反応物理モデルの改良へも寄与するものである。

Fifteen thin target experiments were selected for this benchmark study of the neutron production cross sections. The studied cases include a mix combination of $$^{12}$$C, $$^{20}$$Ne $$^{40}$$Ar, $$^{84}$$Kr, and $$^{132}$$Xe ions bombarding $$^{nat}$$Li, $$^{nat}$$C, $$^{nat}$$Al, $$^{nat}$$Cu, and $$^{nat}$$Pb target with projectile energies between 135 and 600 MeV/nucleon. The experimental data were compared to the model calculations performed by (1) PHITS version 2.73 with JQMD and GEM model, (2) PHITS version 2.82 with revised JQMD 2.0 and GEM model, (3) FLUKA version 2011.2c with RQMD 2.4 and FLUKA's own de-excitation model, and (4) MCNP6 version 1.0 with LAQGSM 03.03 and GEM2 model. This study provides useful information not only for code users but also for model developers, and it will lead to future improvements of the PHITS - JQMD model for heavy-ion induced reactions, which is important for accelerator facilities, heavy-ion radiotherapy, and space radiation.

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