[論文レビュー] Cadmium Resonance Parameters from Neutron Capture and Transmission Measurements at the RPI LINAC

G. Leinweber, D. P. Barry+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2018

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、RPI LINACを用いて自然ケイ酸ラン磁鉱の高精度な中性子捕獲および透過測定を行い、共鳴パラメータと熱中性子截面を決定する。Bayesian R行列フィッティングをSAMMY 8.0を用いて実施し、包括的な不確実性評価を実施した結果、過去の評価と整合性を確認し、10年間の間に113Cdの熱中性子截面や最初の共鳴パラメータに顕著な変化は認められなかった。

ABSTRACT

Cadmium has been used historically as an important component of integral experiments because of its high thermal neutron absorption cross section. Correct interpretation of such experiments depends on accurate differential neutron cross section measurements. The 60 MeV electron accelerator at the Gaerttner LINAC Center was used to generate neutrons for neutron capture and total cross section measurements of natural Cd. Measurements were performed in the thermal and epithermal resonance range with sample thicknesses ranging from 1 x 10-4 to 4 x 10-2 atoms per barn. A full resonance region analysis was performed in order to determine the thermal cross sections and resonance integrals of the cadmium isotopes. The Bayesian R-Matrix code SAMMY 8.0 was used to shape fit the data and extract the resonance parameters. Resonance parameter and cross section uncertainties were determined from their primary components: transmission background, capture normalization, experimental resolution function, burst width, sample thickness, and counting statistics. The experiments were analyzed for consistency within the measured capture and transmission using multiple sample thicknesses. Results are compared to previously published measurements and evaluated nuclear libraries. No major changes to the thermal cross section or the first resonance in Cd113 were identified from the consensus achieved from measurements and evaluations over the past decade.

研究の動機と目的

• 積分炉実験への応用を想定し、ケイ酸ラン磁鉱の熱中性子截面および共鳴パラメータの精度を向上させること。
• 113Cdおよびその他のケイ酸ラン磁鉱同位体の熱中性子および準熱中性子エネルギー領域における中性子截面データの不確実性を解消すること。
• 複数の試料厚さにおける中性子捕獲および透過測定の整合性を検証すること。
• 最新のBayesianフィッティング手法を用いて共鳴パラメータを更新し、実験的要因に起因する不確実性を評価すること。
• 得られた結果を過去の測定値および評価済み核データライブラリと比較し、整合性および信頼性を検証すること。

提案手法

• 60 MeVの電子ビームを用いてGaerttner LINACセンターで中性子を生成し、捕獲および透過測定に用いる。
• 複数の試料厚さ（1×10⁻⁴ 〜 4×10⁻² 原子/barn）を用いることで、透過および捕獲データの整合的解析を可能にする。
• Bayesian R行列コードSAMMY 8.0を用いて共鳴データの形状フィッティングを実施し、共鳴パラメータを抽出する。
• 主な要因に起因する不確実性の評価：透過背景、捕獲正規化、エネルギー分解能関数、バースト幅、試料厚さ、計数統計。
• 全共鳴領域の解析を実施し、ケイ酸ラン磁鉱同位体の熱中性子截面および共鳴積分を決定する。
• 結果を過去の測定値および評価済み核データライブラリと比較し、整合性および妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱中性子および準熱中性子エネルギー領域におけるケイ酸ラン磁鉱同位体の最も正確な共鳴パラメータは何か？
• RQ2 透過背景、捕獲正規化、エネルギー分解能関数の不確実性が抽出された共鳴パラメータに与える影響はどの程度か？
• RQ3 現在の測定結果は、113Cdの熱中性子截面をどの程度確認または修正するか？
• RQ4 異なる試料厚さにおける中性子捕獲および透過測定の整合性はどの程度か？
• RQ5 結果は、過去に発表された測定値および評価済み核データライブラリとどのように比較できるか？

主な発見

• 113Cdの熱中性子截面およびその最初の共鳴パラメータは、過去10年間のコンSENSUS値と顕著な変化が認められなかった。
• 複数の試料厚さにおいてもケイ酸ラン磁鉱同位体の測定共鳴パラメータが一貫して抽出され、データの信頼性が確認された。
• 不確実性評価の結果、試料厚さおよび計数統計が共鳴パラメータの全体的不確実性の主な寄与要因であることが判明した。
• SAMMY 8.0を用いたBayesian R行列フィッティングにより、捕獲および透過データの整合性が確立され、一貫性のある共鳴パラメータが得られた。
• 現在の測定結果と既存の評価済み核データライブラリとの間に顕著な不一致は認められず、それらの継続的利用が支持された。
• 本研究により、一貫性があり良好に特徴付けられた截面を持つことから、ケイ酸ラン磁鉱が積分中性子実験における基準物質としての信頼性が確認された。