[論文レビュー] Energy and Isotope Dependence of Neutron Multiplicity Distributions

J. P. Lestone|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2014

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 11被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、分布の全形状をフィッティングする代わりに、2番目および3番目の階乗モーメントにフィッティングすることで、核分裂における中性子多重度分布の簡略化モデルを提案している。このアプローチは、10 MeVまでの入射中性子エネルギーで実験データを正確に再現でき、MCNPのような核移動シミュレーションコードにおける信頼できる基盤を提供する。

ABSTRACT

Fission neutron multiplicity distributions are known to be well reproduced by simple Gaussian distributions. Many previous evaluations of multiplicity distributions have adjusted the widths of Gaussian distributions to best fit the measured multiplicity distributions Pn. However, many observables do not depend on the detailed shape of Pn, but depend on the first three factorial moments of the distributions. In the present evaluation, the widths of Gaussians are adjusted to fit the measured 2nd and 3rd factorial moments. The relationships between the first three factorial moments are estimated assuming that the widths of the multiplicity distributions are independent of the initial excitation energy of the fissioning system. These simple calculations are in good agreement with experimental neutron induced fission data up to an incoming neutron energy of 10 MeV.

研究の動機と目的

• 全分布形状のフィッティングに依存するのを避けることにより、核分裂における中性子多重度分布のモデリング精度を向上させること。
• 多くの観測量にとって不必要である全Pn分布のフィッティングに依存するのを減らすこと。
• さまざまな入射中性子エネルギーおよび分裂する核種の範囲で、実験データと整合性を持つモデルを構築すること。
• モンテカルロ移動シミュレーションへの適用に適した計算効率が高く、解析的に取り扱いやすいフレームワークを提供すること。
• 分裂系における初期励起エネルギーに依存しない多重度分布の広がりという仮定の妥当性を検証すること。

提案手法

• 2次および3次階乗モーメントに一致するよう幅を調整したガウス関数を用いて、中性子多重度分布をモデル化すること。
• 最初の3つの階乗モーメントの関係を用いて、全Pn形状のフィッティングなしに分布パラメータを推定すること。
• 分裂系の初期励起エネルギーに依存しない、多重度分布の幅という仮定を採用すること。
• 10 MeVまでの入射中性子エネルギーにおける実験的中性子誘発分裂データに対して、モデルを検証すること。
• 事前に確立されたLA-UR-05-0288レポートに anchored されたモデルを用いて、既存のMCNP互換の多重度分布オプションを活用すること。
• 統計的モーメントを用いて分布を特徴づけ、シミュレーションコードにおける堅牢で簡素化された表現を可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全分布形状をフィッティングしないで、中性子多重度分布の2次および3次階乗モーメントを用いて、正確に全分布を再構築できるか？
• RQ2 モーメントに基づくガウスモデルは、さまざまな入射中性子エネルギーおよび核種において、実験的中性子多重度データをどれほど正確に再現するか？
• RQ3 分裂系における異なる初期励起エネルギーにおいて、多重度分布の広がりが一定であるという仮定の有効性は何か？
• RQ4 簡略化されたモーメントベースのモデルは、核移動シミュレーションにおいて、詳細なPnフィッティングをどれほど代替できるか？
• RQ5 MCNPシミュレーションの文脈において、既存の評価と比較して、このモデルはどの程度の性能を示すか？

主な発見

• 2次および3次階乗モーメントに校正されたモーメントベースのガウスモデルは、10 MeVまでの入射中性子エネルギーで、実験的中性子多重度データを良好な精度で再現している。
• 多重度分布の幅が初期励起エネルギーに依存しないという仮定は、さまざまな分裂系において一貫性があり、信頼できる予測をもたらす。
• 全Pn分布のフィッティングに代えて、計算効率の高い代替手段を提供し、MCNPのようなモンテカルロ移動コードへの統合に適している。
• このアプローチは、既存の実験データと良好に一致しており、MCNPの基準として用いられるLA-UR-05-0288レポートとも整合性がある。
• 全分布形状のフィッティングではなく階乗モーメントを用いることで、モデリングが簡素化されつつ、大多数の観測量に必要な物理的情報を保持している。
• モデルは、さまざまな核種および入射中性子エネルギーにおいて堅牢であることが示され、より広範な核データ応用への利用が可能である。