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Improvement of a high-energy fission model for spallation reactions

核破砕反応における高エネルギー核分裂モデルの改良

岩元 大樹  ; 明午 伸一郎  

Iwamoto, Hiroki; Meigo, Shinichiro

加速器駆動システムを含めた核破砕中性子源施設の研究開発において、核破砕反応から生成される核分裂片の収量を高い精度で予測することが求められている。なかでも、キセノン, ヨウ素, クリプトン等の揮発性核種の収量予測は気体廃棄物処理を適切かつ安全に進めていくうえで重要である。本研究では、核分裂片収量の予測精度向上を目的として、モンテカルロ粒子・重イオン輸送計算コードPHITSに含まれる一般化蒸発モデル(GEM)の核分裂確率の記述を修正した。核分裂確率はProkofievによる陽子入射核分裂断面積の現象論的系統式と核内カスケードモデル(INCL4.6)から推測して求めた。実験値との比較の結果、修正したモデルは、陽子, 中性子及び重陽子入射の核分裂断面積を、閾エネルギーからGeV領域までの幅広い入射エネルギーで、かつ広範囲の標的核種に対して、従来モデルよりも高精度に予測できることを明らかにした。本発表では、モンテカルロ粒子輸送計算コードMCNP6に組み込まれている他の核破砕反応モデルとの比較結果についても報告する。

In the research and development of spallation neutron source facilities including accelerator-driven systems, it is necessary to accurately predict the yields of fission fragments produced from the spallation reactions, which include various volatile materials such as xenon, iodine, and krypton important to their analysis of the gas treatment system for the target. To ameliorate the accuracy of the yield prediction, we have improved the high-energy fission model of Generalized Evaporation Model (GEM) implemented in the Particle and Heavy Ion Transport code System, PHITS. In this study, the description of the fission probability was modified to account for the fission cross sections for both subactinide and actinide nuclei. The fission probability was deduced from Prokofiev's phenomenological systematics of the proton-induced fission cross sections and the Li$`{e}$ge intranuclear cascade model version 4.6, INCL4.6. Comparing with experimental data shows that the modified model can predict the proton-, neutron-, and deuteron-induced fission cross sections for a wide range of target nuclei from the threshold energies to the GeV range with markedly improved accuracy. We also provide comparisons with other spallation models embedded in MCNP6.

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