[論文レビュー] Monte-Carlo simulation for fragment mass and kinetic energy distributions from neutron induced fission of 235U

M. Montoya, E. Saettone+1 more|ArXiv.org|Sep 7, 2007

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、熱中性子誘発 $^{235}$U 裂変における破片質量および運動エネルギー分布をモンテカルロシミュレーションによりモデル化し、中性子放出および一次破片の生成率と運動エネルギーの変動を考慮した。このシミュレーションは、最終破片運動エネルギーの標準偏差における実験的に観測された二つの拡張（幅広がり）を再現した。一つは質量 $m \approx 109$ 付近、もう一つは $m \approx 125$ 付近に観察され、それぞれ中性子放出のダイナミクスおよび一次破片平均運動エネルギー曲線の不連続性に起因するとされる。

ABSTRACT

The mass and kinetic energy distribution of nuclear fragments from thermal neutron induced fission of 235U have been studied using a Monte-Carlo simulation. Besides reproducing the pronounced broadening on the standard deviation of the final fragment kinetic energy distribution $σ_{e}(m)$ around the mass number m = 109, our simulation also produces a second broadening around m = 125, that is in agreement with the experimental data obtained by Belhafaf et al. These results are consequence of the characteristics of the neutron emission, the variation in the primary fragment mean kinetic energy and the yield as a function of the mass.

研究の動機と目的

• 熱中性子誘発 $^{235}$U 裂変における最終破片運動エネルギーの標準偏差 ($\sigma_e(m)$) の実験的観測された拡張の起源を理解すること。
• Belhafaf らが観測した $m \approx 125$ 付近の拡張が、一次破片の性質に起因するのか、それとも裂断後のダイナミクスに起因するのかを調査すること。
• 中性子放出を通じて一次破片分布（質量生成率 $Y(A)$、運動エネルギー $E(A)$）から最終破片分布（$Y(m)$、$e(m)$）への変換をモデル化すること。
• 中性子放出の特性および一次破片の運動エネルギーと生成率の変動が最終運動エネルギー分布をどのように形作るかを特定すること。

提案手法

• 一次破片の質量および運動エネルギー分布を中性子放出を通じて伝搬させるためにモンテカルロシミュレーションを用いた。
• 一次破片運動エネルギー $E(A)$ は、質量依存の平均および標準偏差を持つガウス分布としてモデル化した。
• 中性子放出は、実験データから導出した質量依存の平均中性子生成数 $\bar{\nu}(A)$ を用いてシミュレーションし、パラメータ $\alpha$ および $\beta$ を用いて調整した。
• 最終破片運動エネルギー $e(m)$ は、エネルギー保存則を用いて計算し、中性子放出に伴う運動エネルギー損失を考慮した。
• 実験データと比較するため、最終質量 $m$ に関する関数として最終運動エネルギー分布の標準偏差 $\sigma_e(m)$ を計算した。
• 感度解析として、パラメータ $\alpha$ および $\beta$ を変化させ、$\sigma_e(m)$ の拡張の形状および大きさに与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ $^{235}$U 裂変において、最終破片運動エネルギー分布の標準偏差 ($\sigma_e(m)$) は $m \approx 109$ 付近で顕著な拡張を示すのか？
• RQ2 $\sigma_e(m)$ に観測された第二の拡張（$m \approx 125$ 付近）の原因は何か？これは以前のシミュレーションでは再現されなかった。
• RQ3 中性子放出の特性および一次破片の平均運動エネルギー $\bar{E}(A)$ の変動が、$\sigma_e(m)$ に観測された拡張にどの程度寄与しているのか？
• RQ4 中性子放出および一次破片生成率／エネルギーの変動を組み込んだ単純なモデルが、$m \approx 125$ の特徴を含めた全実験的 $\sigma_e(m)$ 曲線を再現できるか？
• RQ5 $m \approx 130$ 付近に第三の拡張が存在する証拠はあるか？もしあるならば、それを説明する物理的メカニズムは何か？

主な発見

• このシミュレーションは、$m \approx 109$ 付近での $\sigma_e(m)$ の顕著な拡張を成功裏に再現した。これは、中性子放出および一次破片運動エネルギー分布の形状に起因することを確認した。
• $m \approx 125$ 付近の第二の拡張もモデルによって再現され、これは $A = 126$ から $A = 125$ にかけての一次破片平均運動エネルギー曲線 $\bar{E}(A)$ の不連続性に起因するとされ、実験データと整合的である。
• $\sigma_e(m)$ の拡張の形状および大きさは、中性子放出モデルのパラメータ $\alpha$ および $\beta$ に敏感であり、$\alpha = 0.62$ および $\beta = 0.35$ の組み合わせが実験データと最もよく一致した。
• 最終破片のシミュレートされた平均中性子生成数 $\bar{\nu}(m)$ は、一次破片からの質量シフトに一致するようにシフトしている。
• $m \approx 125$ 付近の拡張は、一次運動エネルギー分布自体の固有の拡張によるものではなく、中性子放出と $Y(A)$ および $\bar{E}(A)$ の傾きの変化の相互作用に起因する。
• このシミュレーションは、$m \approx 130$ 付近に第三の拡張が存在する可能性を示唆しており、$m = 129$ における実験的 $\sigma_e = 3.9$ MeV の外挿によって裏付けられている。