Proton-induced activation cross section measurement for aluminum with proton energy range from 0.4 to 3 GeV at J-PARC

J-PARCにおける0.4-3GeV陽子を用いたアルミの放射化断面積測定

松田 洋樹  ; 明午 伸一郎   ; 岩元 大樹   

Matsuda, Hiroki; Meigo, Shinichiro; Iwamoto, Hiroki

大強度陽子加速器施設(J-PARC)において広く用いられる構造材に対する陽子入射の核破砕反応による放射化断面積をシステマティックに測定するための一連の実験を開始した。J-PARCの3GeVシンクロトロン陽子加速器施設において提案した測定方法の妥当性の確認のため、実験データが比較的豊富に存在するアルミニウムの断面積を測定した。陽子入射に伴い、アルミニウムよりBe, Na、およびNaを生成する断面積を、0.4, 1.3, 2.2, 3.0GeVのエネルギーに対し測定した。有効照射陽子数決定法により実験データの妥当性を確認し、問題ないことを確認した。本実験で得た断面積を、既存の実験データ,評価済み核データ(JENDL-HE/2007)およびPHITSによる計算値と比較した。JENDL-HE/2007は実験データと一致を示したものの、PHITSによる計算値は40%程度過小評価した。この原因には、PHITSに用いられる蒸発モデルに起因すると考えられたため、Furihataにより提案されたGEMモデルを適用したところ、実験を再現できるようになった。

We have started an experimental program to measure activation cross sections systematically in the proton-induced spallation reaction in structural materials commonly used in high-intensity proton accelerator-based facilities, such as Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). As the first step of the program, aluminum (Al) was chosen to verify the adequacy of the measurement technique implemented in a J-PARC proton beam environment because data of Al have been relatively well studied both by experimental measurement and simulation. Activation cross sections of Be, Na, and Na in Al were measured at proton energy points from 0.4, 1.3, 2.2 to 3.0 GeV, which could be delivered smoothly from the synchrotron. The validity of experimental data has been verified by introducing an effective proton numbers determination procedure. We compared the measured data with existing experimental data, the evaluated data (JENDL-HE/2007), and the calculations with several intra-nuclear cascade models by the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) code. Although the experimental data agreed with JENDL-HE/2007, the calculations underestimated about 40%. This could come from the evaporation model (generalized evaporation model) being implemented in the PHITS code. We found that the calculations agreed with the experimental data by an upgraded PHITS code.