Thick target neutron yields from 100- and 230-MeV/nucleon helium ions bombarding water, PMMA, and iron

100および230MeV/核子のヘリウム照射に対する厚い水・PMMA・鉄ターゲットからの中性子生成

Tsai, P.-E.; Heilbronn, L. H.*; Lai, B.-L.*; 岩田 義之*; 村上 武*; Sheu, R.-J.*

Tsai, P.-E.; Heilbronn, L. H.*; Lai, B.-L.*; Iwata, Yoshiyuki*; Murakami, Takeshi*; Sheu, R.-J.*

100および230MeV/核子のヘリウムイオンが厚い鉄, PMMA,水ターゲットで止まった際に放出される二次中性子について波形弁別法と飛行時間法を用いて液体シンチレータで測定した。測定値を分析したところ、二次中性子は入射粒子の破砕、入射粒子と標的原子核の重複部からの放出、標的核の蒸発の成分に分類できることが分かった。測定された中性子収量の二重微分,角度微分,生成総量については、PHITS, FLUKA, MCNPの各計算コードのベンチマークに使用した。デフォルトのモデルを使用したこれらのコードの計算値は、低中エネルギーで中大角度に放出された場合の、実験値とよく一致した。一方、PHITSの核反応モデルは一部の核反応メカニズムで改善が必要なことも見いだされ、本実験結果はモデル改良にとって重要な参考データとなる。

The secondary neutrons produced from 100- and 230-MeV/nucleon He ions, respectively, stopping in the thick iron, PMMA and water targets are measured by the time of flight method combined with the pulse shape discrimination of liquid scintillators. The experimental data show that the secondary neutrons were contributed from breakup of projectiles, emission from overlap regions of projectile nuclei and target nuclei, and evaporation of projectiles and target nuclei. The measured double-differential thick target neutron yields, angular distributions, and total neutron yields per ion, were benchmarked by the PHITS, FLUKA, and MCNP model calculations. The default models in these codes agree the experimental data well at intermediate-to-large angles in the low-to-intermediate energy range. However, the physics models implemented in PHITS need further improvement for some particular nuclear interaction mechanisms, and this work can be an importance reference for future model development.