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論文

Measurement of thick target neutron yield at 180$$^{circ}$$ for a mercury target induced by 3-GeV protons

松田 洋樹; 岩元 大樹; 明午 伸一郎; 竹下 隼人*; 前川 藤夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 483, p.33 - 40, 2020/11

大強度陽子加速器施設J-PARCにおいて、3GeV陽子入射による水銀標的から180度方向に放出される中性子のエネルギースペクトルを測定した。得られた結果は、粒子輸送計算コードPHITSによる計算結果と明らかな差異が見られ、その傾向はインジウムやニオビウムの放射化箔を用いた反応率実験の結果と一致することがわかった。鉛標的に対するGeV領域陽子入射中性子二重微分断面積の後方角におけるエネルギースペクトルの実験データとPHITSの核反応モデルを比較したところ、この差異は3GeV付近における核反応モデルによる中性子生成あるいは弾性散乱外断面積の記述に起因していることが示唆された。

口頭

Measurement of the energy spectrum of spallation neutron emitted to the most backward angle of 180$$^circ$$ produced from thick mercury target irradiated with 3 GeV protons

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 竹下 隼人*

no journal, , 

加速器駆動システム(ADS)や大強度核破砕中性子源の陽子ビーム入射側となる最後方に放出される中性子のエネルギースペクトルは遮蔽設計において重要であるが、その実験データは乏しい。そこでJ-PARCの物質・生命科学実験施設の水銀標的に3GeV陽子を照射し、陽子ビーム方向に対し180$$^circ$$に発生した核破砕中性子のスペクトル測定を行った。実験では液体シンチレータ(NE213)を用い飛行時間法による中性子スペクトルを測定した。エネルギ分解能を高めるため、検出器は水銀標的から126mに設置し、1MeV程度の低エネルギ中性子を測定するため直径8mmの小型のシンチレータを用いた。中性子の絶対的な検出効率はSCINFUL-Rコードの計算値を用いた。10MeV以下のエネルギ領域では$$^{252}$$Cf線源を用いた実験結果による補正を行った。その結果、INCL4.6/GEMモデルを用いたPHITS計算が20MeV以下のエネルギ範囲において実験値とよい一致を示すことが分かった。

口頭

J-PARCにおける0.4GeV-3.0GeV陽子を用いた核種生成断面積測定,3-2; Niに対する核種生成断面積

竹下 隼人; 明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 大樹; 前川 藤夫

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)等の高エネルギー・大強度陽子加速器施設の核設計の高度化を目的として、陽子入射核種生成断面積を測定し、核反応モデル及び評価済み核データとの比較を行なった。今回は、ADSの陽子ビーム窓材等に使用されるNiに対する核種生成断面積について報告する。

口頭

J-PARCにおける0.4GeV-3.0GeV陽子を用いた核種生成断面積測定,3-1; ジルコニウム及び銀の核種生成断面積

松田 洋樹; 竹下 隼人; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 前川 藤夫

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)等の高エネルギー・大強度陽子加速器施設の核設計の高度化を目的として、陽子入射核種生成断面積を測定し、核反応モデル及び評価済み核データとの比較を行なった。今回は、ZrおよびAgに対する核種生成断面積について報告する。

口頭

J-PARCにおける0.4GeV-3.0GeV陽子を用いた核種生成断面積測定,4-2; 銀及びタンタルの核種生成断面積

松田 洋樹; 竹下 隼人*; 明午 伸一郎; 岩元 大樹

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)における核設計の高度化には高精度な核種生成断面積が必要となるため、当セクションではJ-PARCセンターの加速器施設において0.4$$sim$$3.0GeV陽子入射に対する断面積測定を行っている。本研究では、中重核の標的核種となる銀及びタンタルに陽子を照射し核種生成断面積を取得した。測定結果に基づき、ADSの核計算に用いられる核内カスケードモデルと比較検討した。標的核種に近い質量を持つ核種となる$${}^{105}$$Ag、20個程度の核子を放出して生成される$${}^{79}$$Kr、及び蒸発核種である$${}^{7}$$Beの生成断面積に対し、INCL-4.6/GEM, Bertini/GEM、及びINCL-6.0/ABLA07による計算は約50%の精度で予測きることが示された。しかし、$${}^{22}$$Na, $${}^{24}$$Na、及び標的核種に近い質量となる$${}^{101}$$Rhの生成断面積では、大幅な過大・過小評価傾向が示された。統計マルチフラグメンテーションモデルを計算モデルに加えて計算したが、増加はするものの実験値を再現するには至らなかった。これら反応を再現するためには、核内フラグメンテーションを考慮することが必要であり、今後の改良が必要なことが示された。

口頭

ガウス過程回帰を用いた核種生成断面積データの生成

岩元 大樹; 竹下 隼人*

no journal, , 

一般に、JENDL等の評価済み核データライブラリに格納される膨大な核データは、様々な核反応モデルと種々の実験データを駆使して評価されるが、適切な核反応モデルが存在しない場合、実験データに基づく一般化最小二乗法などの回帰手法によって核データが評価される。一方、近年様々な分野でガウス過程回帰と呼ばれる回帰手法が注目されてきている。そこで本研究では、新たな試みとしてこの回帰モデルに着目し、その枠組みで核データを生成するコードを開発した。さらに開発したコードを用いて、陽子入射核種生成断面積データを例に、核データの生成に対するガウス過程回帰の適用性を調査した結果、ガウス過程回帰モデルは、核種生成断面積データおよびその共分散データの生成に有効かつ強力なツールとなりうることが示された。

口頭

GeV領域陽子入射反応によるMn, Coの核種生成断面積

竹下 隼人; 明午 伸一郎; 松田 洋樹; 岩元 大樹; 中野 敬太; 渡辺 幸信*; 前川 藤夫

no journal, , 

加速器駆動核変換システム(ADS)などの大強度陽子加速器施設の遮蔽設計において、高エネルギー陽子入射による核破砕生成物の核種生成量予測は基礎的かつ重要な役割を担っている。しかしながら、生成量予測シミュレーションで用いられる核反応モデルの予測精度は不十分であり、核反応モデルの改良が必要である。J-PARCセンターでは実験データの拡充と核反応モデル改良を目的に、様々な標的に対して核種生成断面積の測定を行っている。本研究では、中重核であるMn及びCo標的に対して1.3, 2.2および3.0GeV陽子ビームを照射し、放射化法により核種生成断面積データを取得した。取得したデータとモンテカルロ粒子輸送計算コードで用いられる核反応モデル(INCL-4.6/GEM, Bertini/GEM, JAM/GEM, INCL++/ABLA07)及び高エネルギー核データライブラリJENDL/HE-2007の評価値を比較することで、現状の予測精度を把握するとともに核反応モデルの改良点を考察した。

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