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論文

Measurement of nuclide production cross-sections of $$^{mathrm{nat}}$$Fe for 0.4-3.0 GeV protons in J-PARC

松田 洋樹; 竹下 隼人*; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 岩元 大樹

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011047_1 - 011047_6, 2021/03

精度の良い核種生成断面積は加速器駆動核変換システム(ADS)設計における放射性廃棄物の取り扱い、放射性廃棄物の遠隔での取り扱い方法の設計、及び放射線作業従事者の被ばく評価に必要とされる。今日まで数多くの実験が行われてきたが、測定データ誤差が数十%を超えるものが時には存在し、いくつか重要な核種に対してはGeVエネルギー領域において実験データが存在しないものがある。この研究では鋼材の最も重要な構成元素である鉄の陽子入射による核種生成断面積を測定した。実験データはPHITSコードに組み込まれているBertiniやINCL4.6モデルを用いて計算した値、及び評価済み核データJENDL-HE/2007と比較した。この研究では(p,xn)反応を介した生成断面積に大きな食い違いがあることが明らかとなった。これは核子-核子散乱やパウリブロッキングなどのさらなる改良が核内カスケードモデルに必要であることを示唆するものであった。

論文

Measurement of nuclide production cross section for lead and bismuth with proton in energy range from 0.4 GeV to 3.0 GeV

松田 洋樹; 明午 伸一郎; 岩元 大樹; 前川 藤夫

EPJ Web of Conferences, 239, p.06004_1 - 06004_4, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.19

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。

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

松田 洋樹; 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)における核設計の高度化のためには高精度な核種生成断面積が必要である。ADSで候補となる陽子エネルギー1GeV付近のデータ取得のため、J-PARCにおいて0.8GeVおよび3.0GeV陽子を複数の金属箔(厚さ0.1mm)を重ねた試料に照射した。解析はこれまでの実験データが豊富であり単核種元素である金から始めた。ゲルマニウム検出器を用いて$$gamma$$線スペクトルを測定し生成した核種を同定した後、入射陽子の数等から生成核種の断面積を求めた。測定で得た実験データをJENDL-HE/2007及びPHITSコードと比較検討した。その結果主に核分裂で生成する$$^{46}$$Scの断面積は、JENDL-HE/2007と1.5GeV以下のエネルギーでよい一致を示すものの、それ以上では50%程度過小評価することが示された。$$^{185}$$Os生成断面積では計算値、評価値共にすべてのエネルギー領域で実験値を過小評価していた。PHITSを用いた計算では、蒸発過程を記述するGEMをFurihataのモデルに変更したとしても実験値を大幅に過小評価することがわかった。このことから高精度な核種生成断面積の評価のためには、PHITSに用いられるカスケード及び蒸発モデルに変更が必要と考えられる。

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,2; 軽核種における核種生成断面積

松田 洋樹; 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)における核設計の高度化のためには高精度な核種生成断面積が必要である。我々は、J-PARCにおいて0.4$$sim$$3.0GeV陽子を炭素及びベリリウムに照射し、核種生成断面積を取得した。本実験データを評価済み核データおよび核内カスケードモデルと比較検討した。その結果、$${}^{nat}C(p,x){}^{7}Be$$反応において、JENDL/HE-2007は本実験及び他実験と9%以内で非常によい一致を示した。PHITSは全体的に本実験とよい一致を示し、蒸発モデルGEMをオリジナルを用いることにより、1GeV以上のエネルギー範囲で実験との整合性が改善することが示された。一方、最新のカスケードモデルと蒸発モデルによる計算(INCL++/ABLA07)は、中重核・重核に対し実験を良く再現するものの、軽核種に対し過大評価を示し傾向を示した。$${}^{9}Be(p,x){}^{7}Be$$反応では、PHITSコードは実験の20$$sim$$50%となり大幅な過小評価傾向を示した。この反応を再現するためには、核内のフラグメンテーションを考慮することが必要であり、今後改良する予定とする。

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,3-2; 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

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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