[論文レビュー] Improved Cascade-Exciton Model of Nuclear Reactions

S. G. Mashnik, Arnold J. Sierk|ArXiv.org|Dec 24, 1998

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 4被引用数 21

ひとこと要約

本論文は、核反応のカスケード、プリーキュイルリブリウム、蒸発段階においてエネルギー運動量保存則の導入、正確な核質量および結合エネルギーの使用、およびレベル密度と断面積の近似の見直しにより、核反応のためのカスケード・エキシトンモデル（CEM）に顕著な改善を加えた。新しいCEM97aおよびCEM98バージョンは、特に中性子スペクトルおよび核種生成率において、以前のCEM95およびLAHETやHETCといった競合モデルと比較して顕著に改善された実験データとの一致を示している。

ABSTRACT

Recent improvements to the Cascade-Exciton Model (CEM) of nuclear reactions are briefly described. They concern mainly the cascade stage of reactions and a better description of nuclei during the preequilibrium and evaporation stages of reactions. The development of the CEM concerning fission is given in a separate talk at this conference. The increased accuracy and predictive power of the CEM are shown by several examples. Possible further improvements to the CEM and other models are discussed.

研究の動機と目的

• 中間エネルギー核反応におけるカスケード・エキシトンモデル（CEM）の予測能力を向上させること。
• CEM95の予測と実験データとの乖離、特に中性子スペクトルおよび核種生成率の点で問題となる部分を解消すること。
• エネルギー運動量保存則、より良いレベル密度パラメータ、およびパイオン吸収効果といった、これまで無視されてきた物理的要因を組み込むこと。
• ATWおよびAPTの応用を支援するため、広いエネルギー範囲にわたる任意の標的に対する核断面積の信頼性の高い予測を可能にすること。
• 今後の拡張の基盤を築くこと、特に高エネルギー核分裂および複雑な核片（A > 4）の放出を含むものとする。

提案手法

• 実験的核質量および結合エネルギーを用いて、各シミュレートされたカスケード事象におけるエネルギーおよび運動量保存則を実装した。
• レベル密度パラメータの体系的改善および核分裂の鞍点における核準位密度の取り扱いの向上を行った。
• より正確な基本的断面積、特にクワジデュートロン上でのパイオン吸収および屈折、反射、透過効果を組み込んだ。
• カスケード段階中に複雑な粒子（A > 1）の凝集を処理するサブルーチンを導入した。
• プリーキュイルリブリウムおよび蒸発段階を修正し、中程度に励起された核からA > 4の断片の放出を可能にした。
• 逆断面積近似を改善し、プリーキュイルリブリウムおよび蒸発段階におけるアルファ粒子放出のモデル化を強化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様な標的および入射エネルギーにおいて、中性子スペクトルのCEMの予測精度をどのように向上させられるか？
• RQ2 エネルギー運動量保存則および正確な核質量の導入が、カスケード段階のシミュレーションに与える影響は何か？
• RQ3 見直されたレベル密度パラメータおよびパイオン相互作用モデルが、プリーキュイルリブリウムおよび放出過程の記述に与える影響は何か？
• RQ4 核分裂および断片放出の取り扱いの改善が、実験的核種生成率との一致にどの程度寄与するか？
• RQ5 凝集およびA > 4の放出メカニズムの組み込みにより、スパラレーション反応におけるモデルの性能がどのように向上するか？

主な発見

• 改善されたCEM97aおよびCEM98コードは、CEM95と比較して、特に1.5 GeVプロトンおよびパイオン誘発反応において、実験的中性子スペクトルとの一致が顕著に向上している。
• Al、Fe、Zrに対する256 MeVプロトン誘発反応およびFeに対する1.5 GeV π+誘発反応では、CEM98の予測値は測定値の2倍以内に収まり、中エネルギーおよび高エネルギー領域でより良好な一致を示している。
• 新しいモデルは蒸発領域に「バッファ」を提供し、核分裂断片からの中性子が配置可能になるようにし、全体のスペクトル形状再現性が向上している。
• 130 MeVプロトンによる133Cs照射によるキセノン同位体の励起関数において、CEM97aはCEM95を上回り、LAHETおよびHMS-ALICEと同等またはそれ以上の精度を達成している。
• C、Al、Fe、In、Pbにおける1.5 GeVの二重微分的中性子断面積を、パラメータの再フィッティングなしに正確に再現できており、モデルの予測能力を裏付けている。
• 無視されてきた物理的要因、例えば運動量保存則、正確なQ値、および見直された断面積の組み込みが、多様な核系にわたるモデルの信頼性を顕著に向上させることを示している。