Measurement of nuclide production cross section for lead and bismuth with proton in energy range from 0.4 GeV to 3.0 GeV

0.4GeV-3.0GeV陽子を用いた鉛及びビスマスに対する核種生成断面積測定

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)における鉛ビスマス標的を取り扱う上では、標的において核破砕および高エネルギー核分裂反応による核種生成断面積が重要である。しかしながら、核種生成断面積の実験データは乏しい。この実験データを取得するために、PbおよびBiサンプルを用いてJ-PARCにおいて実験を行った。0.4GeVから3.0GeVのエネルギーの異なる陽子をサンプルに照射し、HPGe検出器を用いた崩壊ガンマ線のスペクトル測定によりBeからReの広範囲にわたる核種生成断面積を得た。実験値を評価済み核データライブラリ(JENDL-HE/2007)、PHITS及びINCL++コードを用いた計算値とで比較した。本実験値は他の実験と矛盾のない結果であり、また他の実験と比べ高精度で測定できた。軽核種を生成する反応では、Beの生成断面積は、JENDLおよびPHITS及びINCL++コードによる計算は比較的良い一致を示すものの、Naは実験の1/10程度となり過小評価することがわかった。中重核から重核の生成では、PHITSはINCL++と同様に実験をファクター2程度の精度で再現することがわかった。PHITS及びINCL++の励起関数の極大となるエネルギーは実験とよい一致を示すものの、JENDL-HEは実験より低いことが判明した。

For the Accelerator-Driven nuclear transmutation System (ADS), nuclide production yield estimation in the lead-bismuth target is important to manage the target. However, experimental data of nuclide production yield by spallation and high-energy fission reactions are scarce. In order to obtain the experimental data, we experimented in J-PARC using Pb and Bi samples. The samples were irradiated with protons at various kinematic energy points between 0.4 and 3.0 GeV. After the irradiation, the nuclide production cross section over Be to Re was obtained by spectroscopic measurement of decay gamma-rays from the samples with HPGe detectors. The present experimental results were compared with the evaluated data (JENDL-HE/2007) and the calculation with the PHITS code and the INCL++ code. The present experiment data showed consistency with other experimental data with better accuracy than other ones. In reactions to produce light nuclides, JENDL and calculation with the PHITS and INCL++ for Be production agreed with the data.Na production, however, underestimated about 1/10 times. For middle to heavy nuclide productions cases, both calculations agreed with the experiment by a factor of two. JENDL showed lower energy having a maximum value of excitation function maximal value than the experimental data.