[論文レビュー] Subroutines to Simulate Fission Neutrons for Monte Carlo Transport Codes

J. P. Lestone|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2014

Nuclear Physics and Applications参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、252Cf、240Pu、239Pu、235Uの核分裂中性子を正確に再現するFortranサブルーチンgetnv252、getnv240、getnv239、getnv235を提示する。これらのサブルーチンは、中性子生成数のモーメントおよび中性子-中性子相関データを正確に再現し、中性子一致イメージングや透過率測定などの高度な応用を可能にする。

ABSTRACT

Fortran subroutines have been written to simulate the production of fission neutrons from the spontaneous fission of 252Cf and 240Pu, and from the thermal neutron induced fission of 239Pu and 235U. The names of these four subroutines are getnv252, getnv240, getnv239, and getnv235, respectively. These subroutines reproduce measured first, second, and third moments of the neutron multiplicity distributions, measured neutron-fission correlation data for the spontaneous fission of 252Cf, and measured neutron-neutron correlation data for both the spontaneous fission of 252Cf and the thermal neutron induced fission of 235U. The codes presented here can be used to study the possible uses of neutron-neutron correlations in the area of transparency measurements and the uses of neutron-neutron correlations in coincidence neutron imaging.

研究の動機と目的

• モンテカルロ輸送コードにおける核分裂中性子放出を正確に再現できる再利用可能なFortranサブルーチンを開発すること。
• 主な核分裂性同位体の生成数分布の一次、二次、三次モーメントを測定値と再現すること。
• 自然崩壊および熱中性子誘発核分裂の両方における中性子-核分裂および中性子-中性子相関データをモデル化すること。
• 中性子-中性子相関を用いた一致中性子イメージングや透過率測定などの高度な応用を支援すること。
• これまでに発表された専用のシミュレーションツールを、より広範な研究コミュニティに利用可能にする。

提案手法

• サブルーチンはFortranで実装され、既存のモンテカルロ輸送コードへの統合を想定して設計されている。
• 発生する中性子数をシミュレートするために、中性子生成数分布に関する経験的データが使用されている。
• 発生する中性子間の角度およびエネルギー相関をモデル化するため、中性子-核分裂および中性子-中性子相関データが組み込まれている。
• 252Cfの自然崩壊核分裂のシミュレーションには、生成数の一次、二次、三次モーメントおよび中性子-核分裂相関データが測定値に基づいて組み込まれている。
• 235Uおよび239Puについては、熱中性子誘発核分裂を、測定された中性子-中性子相関データを用いてモデル化している。
• サブルーチンは1999年のロスアラモス国立研究所報告書（LA-UR-99-5444）に基づいて開発され、広く共有できるように更新されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 経験的データを用いて、モンテカルロ輸送コードにおける核分裂中性子放出をどのように正確にシミュレートできるか。
• RQ2 中性子生成数のモーメントおよび中性子-中性子相関は、どの程度正確に再現可能か。
• RQ3 これらのサブルーチンは、一致中性子イメージングや透過率測定などの新しい応用を可能にするか。
• RQ4 252Cfおよび235U核分裂におけるシミュレートされた相関は、測定データとどの程度一致するか。
• RQ5 これらの専用シミュレーションツールを研究コミュニティに公開することによる影響は何か。

主な発見

• サブルーチンは、252Cf、240Pu、239Pu、235U核分裂における中性子生成数分布の一次、二次、三次モーメントを測定値と正確に再現している。
• 252Cfの自然崩壊核分裂における中性子-核分裂相関データは、getnv252サブルーチンによって正確にモデル化されている。
• 252Cfの自然崩壊核分裂および235Uの熱中性子誘発核分裂における中性子-中性子相関データは、それぞれのサブルーチンによって良好に再現されている。
• シミュレーションフレームワークにより、一致イメージングや透過率測定などの応用における中性子放出の現実的なモデル化が可能になっている。
• サブルーチンは実験データとの整合性を検証されており、モンテカルロ輸送コードへの統合に適している。
• コードベースは公開されており、中性子を用いた検出およびイメージング技術分野における広範な研究を支援する。