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Estimation of uncertainty in lead spallation particle multiplicity and its propagation to a neutron energy spectrum

鉛核破砕粒子多重度の不確かさの評価及びその中性子エネルギースペクトルへの伝播

岩元 大樹 ; 明午 伸一郎  

Iwamoto, Hiroki; Meigo, Shinichiro

鉛の核破砕粒子多重度の不確かさ評価を実施した。4種類の核破砕粒子多重度のうち、陽子入射中性子多重度の不確かさは、陽子入射中性子生成二重微分断面積と粒子重イオン粒子輸送コードシステム(PHITS)のモデル計算を用いて評価した。その他の中性子入射中性子多重度,陽子入射陽子多重度および中性子入射陽子多重度の不確かさは、陽子入射中性子多重度の不確かさとPHITSによる計算から推定した。評価した核破砕粒子多重度を用いて、過去に測定された500MeV陽子入射による厚い鉛標的からの中性子エネルギースペクトルの不確かさを、ランダムサンプリング法を用いて評価するとともに、中性子エネルギースペクトルへの不確かさ伝播を調査した。その結果、測定エネルギー領域以下で比較的大きな不確かさが見られた。核破砕中性子エネルギースペクトルの信頼性評価のためには、100MeV以下の入射エネルギー領域における入射エネルギーと測定角度に対して系統的な二重微分断面積測定が必要であるとともに、1.4MeV以下の低いエネルギー領域における中性子エネルギースペクトルの高精度測定が重要であることを明らかにした。

This paper presents an approach to uncertainty estimation of spallation particle multiplicity of lead ($$^{rm nat}$$Pb), primarily focusing on proton-induced spallation neutron multiplicity ($$x_{pn}$$) and its propagation to a neutron energy spectrum. The $$x_{pn}$$ uncertainty is estimated from experimental proton-induced neutron-production double-differential cross sections (DDXs) and model calculations with the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). Uncertainties in multiplicities for $$(n,xn)$$, $$(p,xp)$$, and $$(n,xp)$$ reactions are then inferred from the estimated $$x_{pn}$$ uncertainty and the PHITS calculation. Using these uncertainties, uncertainty in a neutron energy spectrum produced from a thick $$^{rm nat}$$Pb target bombarded with 500 MeV proton beams, measured in a previous experiment, is quantified by a random sampling technique, and propagation to the neutron energy spectrum is examined. Relatively large uncertainty intervals (UIs) were observed outside the lower limit of the measurement range, which is prominent in the backward directions. Our findings suggest that a reliable assessment of spallation neutron energy spectra requires systematic DDX experiments for detector angles and incident energies below 100 MeV as well as neutron energy spectrum measurements at lower energies below $$sim$$1.4 MeV with an accuracy below the quantified UIs.

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パーセンタイル:100

分野:Nuclear Science & Technology

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