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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、$$^{mathrm{nat}}$$Pbおよび$$^{mathrm{209}}$$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$$^{mathrm{7}}$$Beから$$^{mathrm{183}}$$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、$$^{mathrm{7}}$$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、$$^{mathrm{22}}$$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 $$^{mathrm{nat}}$$Pb and $$^{mathrm{209}}$$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 $$^{mathrm{7}}$$Be to $$^{mathrm{183}}$$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 $$^{mathrm{7}}$$Be production agreed with the data.$$^{mathrm{22}}$$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.

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