J-PARCにおける0.4GeV-3.0GeV陽子を用いた核種生成断面積測定

Measurement of nuclide production cross sections with 0.4 GeV - 3.0 GeV proton beams at J-PARC

松田 洋樹  ; 明午 伸一郎   ; 岩元 大樹   ; 前川 藤夫  

Matsuda, Hiroki; Meigo, Shinichiro; Iwamoto, Hiroki; Maekawa, Fujio

加速器駆動核変換システム(ADS)における核設計の高度化のためには高精度な核種生成断面積が必要である。ADSで候補となる陽子エネルギー1GeV付近のデータ取得のため、J-PARCにおいて0.8GeVおよび3.0GeV陽子を複数の金属箔(厚さ0.1mm)を重ねた試料に照射した。解析はこれまでの実験データが豊富であり単核種元素である金から始めた。ゲルマニウム検出器を用いて線スペクトルを測定し生成した核種を同定した後、入射陽子の数等から生成核種の断面積を求めた。測定で得た実験データをJENDL-HE/2007及びPHITSコードと比較検討した。その結果主に核分裂で生成するScの断面積は、JENDL-HE/2007と1.5GeV以下のエネルギーでよい一致を示すものの、それ以上では50%程度過小評価することが示された。Os生成断面積では計算値、評価値共にすべてのエネルギー領域で実験値を過小評価していた。PHITSを用いた計算では、蒸発過程を記述するGEMをFurihataのモデルに変更したとしても実験値を大幅に過小評価することがわかった。このことから高精度な核種生成断面積の評価のためには、PHITSに用いられるカスケード及び蒸発モデルに変更が必要と考えられる。

For the improvement of nuclear design for Accelerator-Driven System (ADS), production cross section with higher accuracy is required. For data acquisition around 1 GeV energy range at J-PARC, protons having energy 0.8 and 3.0 GeV were irradiated on metal samples, which were sandwiched by several metal foils (0.1mm thickness). Analysis of the gold foils was started since there are many experimental data comparatively and is a monoisotopic element. Created activated nuclides were identified by germanium detectors. Finally, production cross sections were evaluated by irradiation parameters. They were compared with the evaluated data (JENDL-HE/2007) and the calculated one by PHITS code. It was found that the cross section of Sc agreed with JENDL-HE/2007 under 1.5 GeV region, it underestimated 50% above that region. The PHITS calculation underestimated drastically over whole energy range even though the GEM model which described an evaporation process were replaced by Furihata GEM model. For Os, namely spallation product, both the calculation and the evaluated data underestimated the data over the whole range. Thus, it was recommended that an intranuclear cascade model and an evaporation model implemented in PHITS should be modified.