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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

Measurement 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以上のエネルギー領域での陽子入射反応における前方方向の中性子生成に関して、理論模型および核データともに実験データの不足から予測精度の検証が十分になされていない。本研究では、原子力機構が開発している汎用放射線輸送計算コードPHITSの精度向上に資するため、最前方方向(入射軸に対して0$$^{circ}$$方向)の中性子生成二重微分断面積の系統的な実験データ整備を進めている。平成28年度までに20, 34, 48, 63および78MeV陽子入射の測定を実施したが、絶対値に関する精度改善のため34MeV陽子入射に対しては、より薄い標的を採用して再測定した。実験では、量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所TIARAのAVFサイクロトロンから供給される陽子ビームをC, Al, FeおよびPb標的に入射し、生成中性子を最前方方向に開いたコリメータを通して測定室に導き、シンチレーション検出器で測定した。また、PHITSでは、核内カスケード模型に基づくINCLおよび評価済み核データライブラリJENDL-4.0/HEにより、中性子生成の計算を行った。実験値と計算値との比較から、INCLはすべての反応に対して実験値よりも大きな値を与え、JENDL-4.0/HEはFeの結果を良好に再現するが、Alに対しては過大評価し、Pbに対しては過小評価した。本実験により、数10MeV領域の系統的な実験データ整備が完了したため、今後は断面積の入射エネルギー依存性等を解析し、計算コードの高度化に貢献する。

Many neutrons are produced in forward directions by intermediate-energy proton-induced reactions. While it is known that collective motion in a target nucleus plays important role in this neutron production, validity of theoretical model and nuclear-data library has not been examined well due to a lack of experimental data. Hence, we obtained systematic data of neutron-production double-differential cross section in the most-forward direction. The experiment was performed at TIARA of Takasaki Advanced Radiation Research Institute, QST. 34-MeV proton beams were bombarded upon thin carbon, aluminum, iron, and lead target, and the neutrons produced in the most-forward direction were led to experimental room passing through a collimator. Scintillation detectors were used to the neutron detection. In comparison with the calculation results of PHITS, it was found that the theoretical model INCL always overestimate the cross sections, and the evaluated nuclear-data library JENDL-4.0/HE reproduce the measure spectra better than the INCL does.

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