Prediction of composite neutron source spectra by combination of JENDL-5 and PHITS

小川 達彦   

Ogawa, Tatsuhiko

AmBeに代表されるような、アルファ線を放出するアクチノイドと軽元素から構成される複合中性子源の性能を、多面的かつ絶対値でシミュレートできる新しい方法を開発した。この手法はモンテカルロ放射線輸送コードPHITSを用いて、粒子用JENDL-5断面データライブラリと、ATIMAによる阻止能計算、ラティスジオメトリ計算機能を組み合わせることで、複合線源の様々な観測量を再現できる。従来の複合中性子源シミュレーション法は、測定値や近似的な断面積、多数イベントを平均した積分量などを使用するため、線源の特性パラメータ(アクチノイド粒径や線源のマクロなサイズ)を変更できなかったり、イベント内に放出される粒子間の相関を考慮できないなどの問題があったが、本手法ではそれらの問題が克服されている。この手法を用いて複合中性子源の様々な量、アクチノイド粒径依存性、中性子放出絶対強度、中性子および光子のエネルギースペクトル、中性子多重度、中性子放出の時間構造などを予測できることを示した。特に中性子の放出絶対強度とエネルギースペクトルについては、AmBe、AmF、AmB、PuBe、CmBe、PuCの6種類の線源で実験値と比較し、実験値の絶対値に不確定性があるPuBeを除いて矛盾ない結果が得られた。この方法を用いれば、複合中性子源から生じる中性子のシミュレーションにおいて、カウントレート、コインシデンスイベントの量、ガンマ線によるノイズなど、実用的な定量指標の計算が可能になる。

A novel robust method has been developed to simulate the performance of composite neutron sources composed of an alpha-emitting actinide and a light nucleus with low neutron separation energy. This method is based on the JENDL-5 cross-section data library and the Monte-Carlo radiation transport code PHITS. In contrast to previously devised methods, this approach can predict various quantities of the sources, such as actinide grain size dependence, absolute neutron emission intensity, energy spectra of neutrons and parasitic photons, neutron multiplicity, and time structure, with little approximation. The accurate calculation of stopping power of alpha rays in actinide grains and light elements, as well as the use of (,n) reaction evaluated cross sections, which is one of the unique features of PHITS Ver.3.34 and its later versions, are the essences of the method. This method allows for the calculation of quantities important for practical applications, such as detection signal frequency, coincidence event rate, and the impact of parasitic gamma-rays.