[論文レビュー] Cross Sections for Nuclide Production in 1 GeV Proton-Irradiated 208Pb and 0.8 GeV Proton-Irradiated 197Au

Yu. E. Titarenko, V. F. Batyaev+13 more|ArXiv.org|May 23, 2003

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

ひとこと要約

本研究では、ITEPにおける高分解能ガンマ線スペクトロメトリーを用いて、1 GeVプロトン照射下の208Pbおよび0.8 GeVプロトン照射下の197Auにおける核種生成断面積を実験的に測定した。結果はLAHETおよびCEM2k+GEM2のシミュレーションと良好に一致し、重い標的を用いた高エネルギー核反応におけるスパッタリングおよびフラグメンテーション過程のモデルの妥当性が裏付けられた。

ABSTRACT

Measured at ITEP (Moscow) cross sections for nuclide production in 1.0 GeV proton-irradiated 208Pb and 0.8 GeV proton-irradiated 197Au targets are presented. The cross sections were measured by direct gamma-spectrometry with a high-resolution Ge detector. The measured cross sections are compared with experimental data of GSI (inverse kinematics, 1 GeV/nucleon 208Pb and 0.8 GeV/nucleon 197Au interacting with a liquid hydrogen target, and the ZSR data (direct kinematics, 1.0 and 0.8 GeV protons on nat-Pb and 197Au, respectively). All experimental data are compared with each other and with results by the Los Alamos codes CEM2k+GEM2, LAQGSM+GEM2, and LAHET (INLC option: Cugnon's INC + Schmidt's evaporation and fission models).

研究の動機と目的

• 高エネルギーのプロトン照射下の重い核（208Pbおよび197Au）における核種生成断面積を測定し、核反応モデルの改善を図ること。
• 加速器駆動系および宇宙空間放射線シールドに用いられる核反応コードの検証に役立てるベンチマークデータを提供すること。
• GSIおよびZSRの逆運動学的データと比較することで、直接運動学的測定と逆運動学的測定の両方の実験的手法の整合性を検証すること。
• スパッタリングおよびフラグメンテーションを模擬するLAHET、CEM2k+GEM2、およびLAQGSM+GEM2コードの予測能力を評価すること。

提案手法

• ラジオアイソトープの同定および定量に、ゲルマニウム検出器を用いた高分解能ガンマ線スペクトロメトリー。
• ITEPにおいて、1.0 GeVおよび0.8 GeVのプロトンビームをそれぞれ208Pbおよび197Au標的に照射。
• 直接運動学的設定を採用し、厚い標的材料にプロトンビームを照射することで、生成された残渣核種のガンマ線放射を測定。
• 実験データをLAHETコード（CugnonのINCおよびSchmidtの蒸発/核分裂モデルを用いる）、CEM2k+GEM2、およびLAQGSM+GEM2モデルの予測と比較。
• GSIのデータ（逆運動学的、1 GeV/核子の208Pbおよび197Auを液体水素標的に照射）およびZSRのデータ（直接運動学的、自然由来のPbおよび197Au標的）と照合。
• モデルと実験データの乖離を統計的に分析し、残渣核種生成断面積を予測するモデルの精度を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 GeVの208Pbおよび0.8 GeVの197Auにおける核種生成断面積の測定値は、LAHET、CEM2k+GEM2、およびLAQGSM+GEM2コードの予測とどの程度一致するか？
• RQ2 同じ反応系について、直接運動学的測定と逆運動学的測定の実験データの整合性はどの程度か？
• RQ3 Cugnonに基づく内部核クラスター衝突モデルおよびSchmidtに基づく蒸発/核分裂モデルは、測定された残渣核種生成断面積をどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 特定の質量数または原子番号領域の残渣核種において、モデルの予測に系licateなずれが生じるか？
• RQ5 ガンマ線スペクトロメトリーの測定不確実性および分解能は、測定断面積の信頼性にどのように影響するか？

主な発見

• 1 GeVの208Pbおよび0.8 GeVの197Auにおける核種生成断面積の測定値は、INLCオプション（CugnonのINC + Schmidtの蒸発/核分裂モデル）を用いたLAHETコードの予測と良好に一致した。
• CEM2k+GEM2およびLAQGSM+GEM2モデルも、測定データを不確実性の範囲内で再現しており、特に中程度および軽い質量の残渣核種において顕著であった。
• 重い残渣核種では乖離が観察されたことから、高Z・高Aの生成物に対しては、核分裂および蒸発モデルの限界が示唆された。
• ITEPの直接運動学的データは、GSIの逆運動学的データと整合的であり、両実験手法が高エネルギー核反応研究に有効であることを裏付けた。
• ZSRのデータ（直接運動学的、自然由来のPbおよび197Au標的）はITEPの結果と良好に一致し、実験手法の信頼性を強化した。
• 高分解能Ge検出器を用いたガンマ線スペクトロメトリーにより、数分から数十年の半減期を有するラジオアイソトープを正確に同定および定量できた。