[論文レビュー] Energy dependence of cross section of photonuclear reactions on indium isotopes

В. І. Жаба, Ivan Haysak+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2018

Nuclear Physics and Applications参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ベータトロンから得られる12–25 MeVのブレムストラahlビームを用いて、113In(γ,n)112m,gIn反応の異性体生成率比を測定し、Penfold-LeissおよびTikhonov法を用いて逆問題を解き、エネルギー依存の断面積を抽出した。また、TALYS-1.6核反応コードとの比較も行った。主な発見は、113In(γ,n)112mInの実験的断面積が15.8 MeVでピークに達し、最大で約162–167 mbを示し、Breit-Wigner関数がガウス関数よりも共鳴をよく再現することである。この結果は、核データライブラリへのデータの適合性を裏付けている。

ABSTRACT

Experimental isomeric yield ratios for the 113In(γ,n)112m,gIn reactions on the betatron B25/30 bremsstrahlung gamma beam of energy range 12-25 MeV are measured. Effective cross-sections of (γ,n)-reactions with 112mIn and 114mIn isomers output are calculated. The Penfold-Leiss and Tikhonov methods are applied to solve the Volterra integral equation. The obtained experimental cross-sections are compared with theoretical calculations using the TALYS-1.6 code.

研究の動機と目的

• 113Inにおける(γ,n)反応断面積のエネルギー依存性、特に112mIn異性体生成を目的とする。
• 異性体生成率比の測定値から断面積を抽出する逆問題を、数値的手法を用いて解くこと。
• TALYS-1.6核反応コードによる理論的予測と実験的断面積を比較し、妥当性を検証すること。
• γ活性化分析などの応用を想定し、核データライブラリへのデータ適合性を評価すること。

提案手法

• ベータトロンB25/30を用いて、12–25 MeVの電子ビームエネルギー範囲で113In(γ,n)112m,gInの異性体生成率比(Ym/Yg)を測定した。
• 生成率と断面積の関係を記述するボルテラ積分方程式を解くために、Penfold-Leiss法およびTikhonov法を適用した。
• ブレムストラahl光子スペクトルをモデル化するため、Shiffのスペクトルを積分方程式のカーネルとして使用した。
• 実験的断面積ピークをガウス関数およびBreit-Wigner関数でフィッティングし、共鳴形状の適合度を評価した。
• 5つのレベル密度モデル（ldmodel 1–5）を用いたTALYS-1.6のシミュレーションと、抽出した断面積を比較した。
• 有意性の評価として、自由度補正済みカイ二乗（χ²）を用い、共鳴パラメータ（E_max、Γ、σ_max）を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 12–25 MeVの範囲で、113In(γ,n)112mIn反応の断面積はどのように光子エネルギーに依存するか？
• RQ2 異性体生成率比から断面積を再構築する際、Penfold-Leiss法とTikhonov法のどちらがより高い精度を示すか？
• RQ3 実験的断面積データにおける共鳴ピークを記述するのに、Breit-Wigner関数とガウス関数のどちらが適切か？
• RQ4 異なるレベル密度モデル（ldmodel 1–5）を用いたTALYS-1.6のシミュレーションは、測定断面積をどの程度再現できるか？
• RQ5 高エネルギー域では、(γ,2n)などの競合反応が、実験的断面積値にどの程度の影響を及ぼすか？

主な発見

• Penfold-Leiss法を用いた実験的断面積は15.8 MeVでピークに達し、最大値は161.8 mbであった。Tikhonov法を用いた場合は166.8 mbであった。
• Breit-Wigner関数はガウス関数よりも顕著に良い適合度を示し、自由度補正済みカイ二乗値はそれぞれPLで0.47、Tで0.85であったのに対し、ガウス関数では0.71および1.69であった。
• TALYS-1.6コードにおいてldmodel 4（Gorielyの微視的準位密度）を用いたシミュレーションが、実験データに最も近い一致を示したが、18 MeVを超えるエネルギー域では依然として差異が残った。
• Breit-Wignerフィッティングにより抽出された共鳴パラメータは、E_max = 15.8–15.9 MeV、Γ = 4.1–4.2 MeV、σ_max = 190–199 mbであり、広いガンマダイポール共鳴構造を示している。
• 115In(γ,n)114mIn反応では、TALYS-1.6シミュレーション（ldmodel 5）で最大断面積が52.5 mbであったが、文献値の36.4 mbと比較して1.17倍の過大評価が生じた。
• 本研究は、113In(γ,n)112mIn断面積データ、特に共鳴パラメータが、γ活性化分析などの応用を想定した核データライブラリへの組み込みに適していることを確認した。