[論文レビュー] Complete calculation of evaluated Maxwellian-averaged cross sections and their uncertainties for s-process nucleosynthesis

B. Pritychenko|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2010

Nuclear Physics and Applications参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、評価済み中性子ライブラリ（JENDL-4.0、ROSFOND 2010、ENDF/B-VII.0、CENDL-3.1、JEFF-3.1）を用いて、全s過程核に対するマクスウェル平均中性子捕獲断面積およびその不確実性の完全かつ高精度な計算を提示する。線形化ENDFファイルに対してPREPROおよびWolfram Mathematicaを用いた高度なデータ処理を適用することで、正確な積分評価を実現し、これらの断面積に対する初めての体系的不確実性評価を導入した。これにより、s過程核生成における天体物理学的反応率予測が顕著に向上した。

ABSTRACT

Present contribution represents a significant improvement of our previous calculation of Maxwellian-averaged cross sections and astrophysical reaction rates. Addition of newly-evaluated neutron reaction libraries, such as ROSFOND and Low-Fidelity Covariance Project, and improvements in data processing techniques allowed us to extend it for entire range of s-process nuclei, calculate Maxwellian-averaged cross section uncertainties for the first time, and provide additional insights on all currently available neutron-induced reaction data. Nuclear reaction calculations using ENDF libraries and current Java technologies will be discussed and new results will be presented.

研究の動機と目的

• 評価済みライブラリに含まれない同位体を含め、s過程全般にわたる正確なマクスウェル平均断面積計算を拡張すること。
• 低精度共分散データを用いて、マクスウェル平均中性子捕獲断面積に対する初めての体系的不確実性を計算すること。
• 高精度の線形化ENDFファイルと記号的積分を活用することで、データ処理技術を向上させ、正確な積分評価を実現すること。
• マス数Aにわたるσ × N_Aが一定であるというs過程平衡条件と照合することで、結果の妥当性を検証すること。
• NNDCの公開Webアプリケーション「Maxwellian-averaged Cross Sections and Astrophysical Reaction Rates」を更新・強化し、広くコミュニティが利用できるようにすること。

提案手法

• 0.1%の精度で点ごとの断面積を正確に保つために、PREPROコードを用いてENDFライブラリ内の共鳴領域を再構築した。
• 線形化ENDFファイルの各エネルギー領域内での断面積を、線形補間（式2）でモデル化し、高分解能の積分を実現した。
• Wolfram Mathematicaによる記号的積分を用いて、マクスウェル平均断面積式（式1）を全エネルギー範囲（10⁻⁵ eV ～ 20 MeV）にわたり正確に定積分した。
• 低精度共分散プロジェクトから得た低精度共分散データを用いて不確実性を計算し、ENDF/B-VII.0および他のライブラリへの不確実性伝搬を可能にした。
• 太陽系の同位体割合に30 keVでの計算断面積を乗じ、s過程全般にわたるσ × N_Aの一定性を確認することで、結果の妥当性を検証した。
• 結果をNNDCの公開Webアプリケーションに統合し、断面積および反応率の即時アクセスを可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の評価済み中性子ライブラリを用いて、s過程全般にわたるマクスウェル平均中性子捕獲断面積をどの程度高精度に計算できるか？
• RQ2 s過程核のマクスウェル平均断面積の不確実性は何か？ また、同位体やライブラリによってどのように変化するか？
• RQ3 異なる評価済み中性子ライブラリ（例：ROSFOND 2010、JENDL-4.0、ENDF/B-VII.0）は、30 keVにおける断面積値でどの程度一致するか？
• RQ4 マクスウェル平均断面積と太陽系同位体割合の積σ × N_Aは、s過程全般にわたって概ね一定であると予想されるが、実際にそうなるか？
• RQ5 線形化ENDFファイルに対して記号的積分を用いることで、シンプソン則などの従来の数値積分法に比べてどの程度精度が向上するか？

主な発見

• ROSFOND 2010は、s過程核の最も包括的なカバーを提供しており、354同位体中347同位体（98%のカバー率）を含んでおり、12C、110Ag、およびいくつかのCeおよびPr同位体を除いてすべて網羅している。
• 低精度共分散データを用いて、マクスウェル平均断面積に対する初めての体系的不確実性評価が達成された。ENDF/B-VII.0の例として、30 keVにおける82Krの断面積は102.7 ± 20.97 mbと報告された。
• KADONISと評価済みライブラリとの間に良好な一致が観察され、誤差は予想される不確実性範囲内に収まっており、新規手法の妥当性が裏付けられた。
• 116Snでは、r過程寄与のためσ × N_Aの積が異常に高くなり、純粋なs過程平衡からの逸脱を示した。
• 134Baおよび136Baの30 keVにおける断面積（それぞれ70.01 mb）は、複数のライブラリ間で強く一貫しており、データの信頼性を支持する。
• 2011年度に、http://www.nndc.bnl.gov/astro に位置するWebアプリケーションがこれらの新規結果で更新され、高精度な天体物理学的反応データへの一般公開が向上した。