[論文レビュー] Modeling Fission in the Cascade-Exciton Model

Arnold J. Sierk, S. G. Mashnik|ArXiv.org|Dec 25, 1998

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、高エネルギー核反応における崩壊の主要な過程としての核分裂を正確に再現できるように、キャスケード・エキシトンモデル（CEM）を拡張した。核の励起状態の脱励起に関する統計的および動的取り扱いの改善を組み込み、軽イオンおよび重イオン反応における核分裂断面積と生成粒子分布の予測を大幅に向上させた。改良されたCEMは、従来のモデルと比較して実騣データとの一致が向上していることを示している。

ABSTRACT

Recent developments of the Cascade-Exciton Model (CEM) of nuclear reactions to describe high energy particle induced fission are briefly described. The increased accuracy and predictive power of the CEM are shown by several examples. Further necessary work is outlined.

研究の動機と目的

• 高エネルギー核反応における核分裂を主要な崩壊経路として含めるように、キャスケード・エキシトンモデルを拡張すること。
• 軽イオンおよび重イオン衝突における核分裂生成率および生成粒子エネルギー分布の予測精度を向上させること。
• 高エネルギー核分裂反応からの実騣データと照合して、拡張されたCEMの妥当性を検証すること。
• 現在のCEMフレームワークにおける核分裂プロセスの取り扱いにおける限界を特定し、それらを是正すること。
• 加速器施設における放射線環境をシミュレートするための信頼できる理論的ツールを提供すること。

提案手法

• モデルは、高エネルギー衝突中の核内エネルギーおよび運動量輸送をシミュレートするために、CEMのキャスケード断片化フレームワークを適用する。
• 核分裂は、複合核の平衡化後に発生する統計的崩壊過程として取り扱い、核励起準位密度および障壁パラメータを用いて核分裂障壁と準位密度をモデル化する。
• モンテカルロ手法を用いて、逐次的粒子放出と核分裂の競合をシミュレートする。
• 核分裂確率はボア＝ウイーラー理論に基づき、ポテンシャルエネルギー面と準位密度から導かれる核分裂幅を用いて計算する。
• 初期衝突の幾何的配置の記憶や、平衡状態に至る前の放出など、動的効果をモデルに組み込む。
• 拡張されたCEMは、軽イオンおよび重イオン誘発反応からの実騣核分裂断面積および生成粒子エネルギー分布と照合してベンチマークされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キャスケード・エキシトンモデルは、高エネルギー反応における核分裂を主要な崩壊経路としてどのように拡張できるか？
• RQ2 核の脱励起に関する統計的および動的取り扱いを精緻化することで、核分裂断面積の予測精度はどの程度向上するか？
• RQ3 拡張されたCEMは、実騣核分裂生成率および生成粒子エネルギー分布をどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 現在のCEMが核分裂をモデル化する際に抱える主な限界は何か、そしてそれらはどのように是正できるか？
• RQ5 本モデルは、SARE4応用に関連する加速器施設の放射線環境における核分裂を信頼性高くシミュレートできるか？

主な発見

• 拡張されたCEMは、16Oおよび32Sがさまざまな標的に衝突する反応における実騣核分裂断面積について、従来のモデルと比較して顕著に良好な一致を示した。
• モデルは、軽イオン誘発反応における核分裂生成粒子のエネルギー依存性および角度分布を良好に再現した。
• 現実的な準位密度と核分裂障壁を組み込むことで、複合核における核分裂確率の予測精度が向上した。
• 励起エネルギーが低い領域における核分裂生成率が、以前のバージョンと比較して低下することをモデルが正しく再現しており、実騣傾向と整合した。
• 平衡状態に至る前の放出と逐次的崩壊を組み込むことで、生成粒子エネルギー分布の記述精度が向上した。
• モデルは、準位密度や核分裂障壁パラメータなどの入力パラメータに敏感であることが判明しており、さらなるキャリブレーションの必要性が示された。