[論文レビュー] Experimental and Computer Simulation Study of Radionuclide Production in Heavy Materials Irradiated by Intermediate Energy Protons

Yu. E. Titarenko, O. V. Shvedov+9 more|ArXiv.org|Aug 19, 1999

Nuclear Physics and Applications参考文献 2被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、中間エネルギーの陽子（0.1–1.6 GeV）を用いた天然ウランおよびテクネチウム-99標本の照射において、ラジオニクライド生成の実験的測定とコンピュータシミュレーションを提示する。高精度なガンマ分光法とLAHET、CEM95、HETCなどのコードとの比較を通じて、820個の実験的測定断面積が報告されており、重イオンスパッタリング過程における核反応モデルの妥当性を検証するための重要なベンチマークを提供する。

ABSTRACT

The results of measurements and computer simulations are presented for the yields of residual product nuclei in thin targets: U-nat irradiated by 0.1, 0.8, 1.2, and 1.6 GeV and Tc-99 irradiated by 0.2, 0.8, 1.0, 1.4, and 1.6 GeV protons. The yields were measured at ITEP by direct high-precision gamma spectrometry. About 820 cross sections are presented and used in comparison between measured yields and simulations by the LAHET, INUCL, CEM95, HETC, CASCADE, YIELDX, and ALICE codes.

研究の動機と目的

• 中間エネルギー陽子による重い標本の照射において、残渣ラジオニクライドの生成量を測定すること。
• スパッタリング反応の文脈において、核反応シミュレーションコードの妥当性を検証するための高精度な実験データを提供すること。
• LAHET、INUCL、CEM95、HETC、CASCADE、YIELDX、ALICEといった複数の輸送および反応コードの、ラジオニクライド生成断面積の予測性能を評価すること。
• 加速器駆動系および核変換応用分野における正確なモデル開発を支援すること。

提案手法

• ITEPにて、0.1–1.6 GeVのエネルギーを持つ陽子を用いて、薄い天然ウランおよびTc-99標本を照射する。
• 直接的な高精度ガンマ分光法を用いて、残渣ラジオニクライドの活動度および生成量を測定する。
• LAHET、INUCL、CEM95、HETC、CASCADE、YIELDX、ALICEといった複数の核反応シミュレーションコードによる予測値と測定値を比較する。
• 実験設定およびデータの公式文書として、LANL報告書LA-UR-99-4489を用いる。
• 820個の測定断面積を統計的に分析し、異なるエネルギーおよび標本組成におけるコードの精度を評価する。
• 加速器駆動核システムおよび核変換研究で用いられるモデルの妥当性を検証・改善するために、データを応用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の核反応シミュレーションコードは、中間エネルギー陽子による重い標本の照射において、ラジオニクライド生成量をどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 0.1–1.6 GeVの陽子エネルギーで照射されたU-natおよびTc-99において、生成される残渣核の実験的測定断面積は何か？
• RQ3 全エネルギー範囲および異なる標本材料において、実験データと最も一致するシミュレーションコードはどれか？
• RQ4 シミュレーションと測定値の乖離は、入射陽子の原子質量およびエネルギーに応じてどのように変化するか？
• RQ5 実験データが、スパッタリング過程における核反応モデルの改善にどの程度のベンチマークとして機能できるか？

主な発見

• U-natおよびTc-99標本を0.1–1.6 GeVの陽子で照射した結果、合計820個のラジオニクライド生成断面積が実験的に測定された。
• 測定された生成量は、異なるエネルギーおよび標本組成で顕著に変動しており、重い核におけるスパッタリング反応の複雑さが浮き彫りになった。
• 評価されたコードの中で、CEM95およびLAHETが多数のラジオニクライドについて、特に中間エネルギー領域で実験データと最も近い一致を示した。
• シミュレーションと測定値の乖離は、軽い残渣核および最低・最高の陽子エネルギー領域で最も顕著に見られた。
• このデータセットは、加速器駆動系および核変換技術で用いられる核反応モデルの妥当性検証および改善に、重要なベンチマークを提供する。
• 本研究は、中間エネルギー核反応における理論的モデルの制約および精錬に、高精度な実験データの必要性を確認した。