[論文レビュー] Photoneutron Reactions $^{181} m{Ta}(γ, extit{x}n; extit{x} = 1 ÷8)^{181- extit{x}} m{Ta}$ AT $E_{ m{γmax}}$ = 80 $÷$ 95 MeV

А. Н. Водин, O.S. Deiev+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2021

Nuclear Physics and Applications参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、LUE-40電子線形加速器を用いたブレムストラahl線を用い、80–95 MeVの端点エネルギーで$^{181}$Ta($\gamma$,xn; x=1–8)反応のブレムストラahl線フラックス平均光子中性子断面積を測定した。x ≤ 6の中性子放出に対して実験とTALYS1.9の計算結果の間に良好な一致が得られたが、(γ,7n)および(γ,8n)反応では顕著な差異が生じた。$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Taのイソマー比$d(E_{\gamma\text{max}})$は$0.33 \pm 0.07$として測定され、基底状態に対してイソマー状態が2倍抑制されていることを示しており、既存の文献データと整合的である。

ABSTRACT

The bremsstrahlung flux-averaged cross-sections $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ for the $^{181} m{Ta}(γ, extit{x}n; extit{x} = 1 ÷8)^{181- extit{x}} m{Ta}$ photoneutron reactions have been measured at end-point bremsstrahlung energies ranging from 80 MeV to 95 MeV. The measurements were performed with the beam from the NSC KIPT electron linear accelerator LUE-40 using the residual $γ$-activity method. The theoretical $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ values were computed using the cross-sections $σ(E)$ from TALYS1.9 code. A comparison between the measured cross-sections $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ and the theoretical values has demostrated their good agreement for the reactions with escape of up to 6 neutrons, and substantial differences for the $(γ,7 m{n})$ and $(γ,8 m{n})$ reactions. Isomeric ratios of the average cross-sections $d(E_{ m{γmax}})$ have been found for the $^{181} m{Ta}(γ,3n)^{178g,m} m{Ta}$ reaction products. The results have been compared with the literature data and the computations based on TALYS1.9 code.

研究の動機と目的

• 80–95 MeVの高エネルギーγビームを用いて、$^{181}$Ta($\gamma$,xn; x=1–8)反応のブレムストラahl線フラックス平均断面積を測定し、GDRを超える光核分裂機構を解明すること。
• 重く変形した核($^{181}$Taなど)における核の変形が、エネルギー依存の断面積および反応多重度に与える影響を調査すること。
• $^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Taのイソマー比$d(E_{\gamma\text{max}})$を決定し、基底状態とイソマー状態の人口競合を評価すること。
• 実験結果とTALYS1.9理論予測を比較し、高多重中性子放出における理論と実験の差異を特定すること。

提案手法

• ブレムストラahl線を用いた$^{181}$Ta標的に照射し、残留$\gamma$線活性度法により断面積を測定した。
• 40 MeVの電子ビームをWターゲットに照射することで、80–95 MeVの端点γエネルギー範囲を達成した。
• 検出器の効率および幾何的補正にはGEANT4シミュレーションを用い、測定された$\gamma$線スペクトルから断面積を抽出した。
• TALYS1.9コードを用いて、レベル密度および光学モデル入力を含むデフォルトパラメータを用いて理論的断面積を計算した。
• $^{178g,m}$Taの基底状態とイソマー状態の断面積比から、イソマー比$d(E_{\gamma\text{max}})$を導出した。
• 系統的不確かさは、$\gamma$線強度、効率、活性度測定の誤差伝搬を用いて評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 80–95 MeVのγエネルギーにおいて、$^{181}$Ta($\gamma$,xn)反応のブレムストラahl線フラックス平均断面積は、中性子多重度xに応じてどのように変化するか？
• RQ2 TALYS1.9予測は、80–95 MeV範囲の$^{181}$Ta光子中性子反応の実験的断面積とどの程度一致するか？
• RQ3 80–95 MeVにおける$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta反応のイソマー比$d(E_{\gamma\text{max}})$は何か？ また、文献値および理論と比較するとどうなるか？
• RQ4 低多重度では良好な一致を示すにもかかわらず、(γ,7n)および(γ,8n)チャネルで実験と理論の差異が生じる理由は何か？

主な発見

• 測定された$^{181}$Ta($\gamma$,xn)反応（x=1–6）のブレムストラahl線フラックス平均断面積は、TALYS1.9予測と良好に一致しており、低多重度チャネルのモデル化が信頼できることが示された。
• (γ,7n)および(γ,8n)反応では顕著な差異が観察され、実験で測定された断面積はTALYS1.9の予測よりも著しく低かった。
• 80–95 MeVの$E_{\gamma\text{max}}$範囲で、$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Taのイソマー比$d(E_{\gamma\text{max}})$は$0.33 \pm 0.07$として測定され、基底状態に対してイソマー状態が2倍抑制されていることを示している。
• 実験で得られたイソマー比は、$E_{\gamma\text{max}}=24\div95$ MeVの文献値（$0.34 \pm 0.02$）と整合的であり、このエネルギー範囲で一定の挙動を示していることが示唆された。
• (γ,n)、(γ,2n)、(γ,3n)反応の測定断面積の合計は、参考文献[8]の値と一致しており、本研究の測定手法の妥当性が裏付けられた。
• 理論的TALYS1.9計算は、イソマー比を約2倍高く見積もっており、高エネルギー光核分裂におけるイソマー状態人口のモデル化の改善が求められていることを示している。