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Improving Geant4 coherent scattering by adding nuclear Thomson and Delbr$"u$ck Processes

核トムソンとデルブーク過程の追加によるGeant4コヒーレント散乱プログラムの改善

Omer, M.; 羽島 良一*

Omer, M.; Hajima, Ryoichi*

Gean4($$gamma$$線シュミュレーションコード)に、コヒーレント散乱として現在考慮されていない物理過程を追加することを提案する。Geant4における$$gamma$$線コヒーレント散乱または弾性散乱の取り扱いは、Reyleigh (R)プロセスのみで弾性散乱全体がカバーされるものとなっている。しかし、それに競合するプロセスとして原子核Thomson(NT)プロセスやDelbr$"u$ck(D)プロセスがあり、それらを加えた散乱振幅およびそれらの干渉についても考慮する必要がある。そこで、Rの振幅を散乱行列計算に基づいて準備するとともに、D振幅は最低次のBorn近似に基づいたものを準備した。また、NTには、解析的方程式を用いた。このシミュレーションは、核共鳴蛍光散乱を利用する核物質の非破壊測定の全体プロセスをシミュレーションする場合には不可欠である。

This paper proposes an improvement to the Geant4 coherent scattering by implementing additional physics processes that are not currently taken into account. Coherent or elastic scattering is treated in Geant4 in a way such that only Rayleigh process (R) is the unique contributor to the entire elastic scattering of $$gamma$$ rays. However, there are competing processes such as nuclear Thomson (NT) and Delbr$"u$ck (D) processes which are treated for the first time in the present work. A significant aspect encountered at implementing elastic scattering simulation is the interference among the different scattering amplitudes of R, NT, and D. Therefore; we prepared the required amplitudes of R based on the scattering matrix calculations, amplitudes of D based on the lowest order Born approximation, and amplitudes of NT based on an analytical equation. This present simulation is essential in implementing a star-to-end simulation of a nondestructive assay of nuclear materials using nuclear resonance fluorescence.

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