[論文レビュー] 7-Li(p,n) Nuclear Data Library for Incident Proton Energies to 150 MeV

S. G. Mashnik, M. B. Chadwick+5 more|ArXiv.org|Nov 17, 2000

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 12被引用数 26

ひとこと要約

本論文では、150 MeVまでの入射陽子エネルギーまでをカバーする新しいENDF-6形式の核データライブラリを7Li(p,n)反応について提示する。実験データとGNASHモデル計算を統合し、中性子生成率、放射角分布、エネルギースペクトルを予測する。この評価により、放射線輸送シミュレーションの精度が向上し、MCNPXの結果は、新しいデータテーブルを用いた場合、ベルティーニの内部核クラスター模型に比べて実験値とより良好に一致する。

ABSTRACT

We describe evaluation methods that make use of experimental data, and nuclear model calculations, to develop an ENDF-formatted data library for the reaction p + Li7 for incident protons with energies up to 150 MeV. The important 7-Li(p,n_0) and 7-Li(p,n_1) reactions are evaluated from the experimental data, with their angular distributions represented using Lengendre polynomial expansions. The decay of the remaining reaction flux is estimated from GNASH nuclear model calculations. The evaluated ENDF-data are described in detail, and illustrated in numerous figures. We also illustrate the use of these data in a representative application by a radiation transport simulation with the code MCNPX.

研究の動機と目的

• 150 MeVまでの陽子エネルギーにおける7Li(p,n)反応の包括的かつ評価済み核データライブラリの開発を目的とし、中性子源設計を支援すること。
• 薄いおよび厚いリチウム標的における中性子生成率、エネルギースペクトル、放射角分布の予測精度を向上させること。
• 検証済みで実験的に裏付けられたデータテーブルを用いて、MCNPXを用いた信頼性の高い放射線輸送シミュレーションを可能とすること。
• 特に30 MeVを超えるエネルギー領域および中性子ピーク幅とエネルギー位置に関する既存評価の限界を是正すること。
• 核融合材料試験などへの応用を想定し、7Li標的を準単エネルギー中性子源として使用する可能性の検討

提案手法

• 7Li(p,n)反応の閾値から150 MeVまでの複数の出典（Meadows, Anderson, Poppe, McNaughton 他）の評価済み実験データを統合。
• 実験データからのn₀およびn₁中性子の放射角分布を、ルジャンドル多項式展開を用いて表現。
• 反応フラックスの崩壊を推定するためにGNASH核モデルコードを用い、事前平衡状態および化合物核崩壊プロセスを含む。
• 150 MeVまでの入射エネルギー全域で、中性子、荷電粒子、ガンマ線の包含的生成断面積を計算。
• 全チャネル断面積を統合し、放射線輸送コードで使用可能な完全なENDF-6形式のデータライブラリを構築。
• 43 MeVの陽子ビームが3.6 mm 厚の7Li標的に照射される状況を想定し、MCNPXを用いたシミュレーションを実施。実験データと比較することでライブラリの妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験データおよびモデルベースのデータは、150 MeVまでの7Li(p,n)反応において、中性子生成率およびエネルギースペクトルをどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 評価済みのENDF-6データを用いる場合とベルティーニの内部核クラスター模型を用いる場合とで、シミュレートされた中性子ピーク幅およびエネルギー位置にどのような影響があるか？
• RQ3 入射陽子エネルギーが上昇するに従い、n₀およびn₁中性子の放射角分布はどのように変化するか？
• RQ4 高エネルギー領域において、事前平衡状態および化合物核崩壊プロセスが中性子放出に果たす寄与はどの程度か？
• RQ5 新しいデータライブラリは、中性子源応用における薄いおよび厚いリチウム標的系のシミュレーションの忠実性をどの程度向上できるか？

主な発見

• 評価済みのENDF-6データライブラリは、150 MeVまでの7Li(p,n)反応を包括的かつ実験的に制約された記述を提供し、微分断面積および放射角分布を含む。
• n₀およびn₁の中性子生成率は強く前方向ピークを示し、20 MeVまでエネルギーが上昇するにつれて単調に増加し、20 MeVで14.5 mb/srに達する。
• 40 MeVを超える領域では、軽い飛翔粒子（中性子、陽子、アルファ粒子）の包含的断面積が飽和し、7Liの全結合エネルギーと整合的である。
• GNASH計算では、高エネルギー領域において事前平衡中性子放出の寄与が増加しており、これが広いエネルギースペクトルに反映されている。
• 新しいデータライブラリを用いたMCNPXシミュレーションでは、ベルティーニのINCモデルに比べて実験中の中性子フラックスとより良好に一致し、特にピーク幅およびエネルギー位置の一致が向上している。
• 新しいデータライブラリは、実験値との間のピーク幅の乖離を低減しており、既存モデルに比べて物理的妥当性が向上していることが示唆される。