Investigation of the structure of U(n,fission) prompt gamma energy spectrum by FIFRELIN

ウラン235の熱核分裂から生じる即発ガンマ線スペクトルのFIFRELINを使った解析

小川 達彦   ; Litaize, O.*; Mancusi, D.*; Chebboubi, A.*; Serot, O.*

Ogawa, Tatsuhiko; Litaize, O.*; Mancusi, D.*; Chebboubi, A.*; Serot, O.*

ウラン235の熱核分裂は原子力エネルギーにとって最も重要な反応であり、核分裂から生じる中性子やガンマ線などの観測を通じて、核分裂片の角運動量や励起エネルギーなど分裂反応の途中を特徴づける物理量が測定されてきた。中でも8MeVを超えるような高エネルギーのガンマ線は、複合核が分裂した直後の分裂片しか放出できないため、核が分裂した瞬間をより直接的に調べるプローブとなることが近年指摘され、原子力機構の牧井らによって測定された。しかし、そのエネルギースペクトルを理論モデルCoH3(Coupled-Channels Hauser-Feshbach Code)で計算した研究では、4MeV付近のピークや、6-8MeVの肩などは再現できたものの、14MeVを超えるエネルギー領域で測定値を過小評価した。そこで本研究では、主著者がフランス原子力・代替エネルギー庁(CEA)で研究に使用してきた核分裂計算コードFIFRELINを使って、スペクトルの再現を試みた。その結果、4MeV付近のピークや6-8MeVの肩を再現したことに加え、20MeV付近までスペクトルの形状をより正確に再現することに成功した。さらに、このスペクトルの再現には分裂片の準位密度モデルが決定的な役割を果たしていることも判明した。このように、FIFRELINは核分裂から生じるガンマ線のスペクトルを再現する上で有効であるとともに、ガンマ線の放出を決定づける要素を調べる上で役に立つことが示された。

Thermal fission of U-235 is fundamental for nuclear energy engineering, whose details were observed through neutrons and gamma-rays. Among them, gamma-rays above 8 MeV, which come from immediate gamma deexcitation of fission fragments, were recently measured as a probe to observe fission more directly. The energy spectrum measured by a theoretical model CoH3 (Coupled-Channels Hauser-Feshbach Code) reproduced a peak around 4 MeV and a shoulder from 6 to 8 MeV, however, underestimated the components above 14 MeV. In this study, we used FIFRELIN developed by the French Atomic Energy, Alternative Energy Commission (CEA) to reproduce the gamma-ray energy spectrum. In addition to the peak around 4 MeV and a shoulder from 6 to 8 MeV, gamma spectrum up to 20 MeV was reproduced. This calculation also discovered that the level-density model for fission fragments plays the critical role. It was thus illustrated that FIFRELIN is useful to reproduce the spectra of gamma-ray from fission and investigate the reaction processes responsible for gamma-ray spectrum.