[論文レビュー] Unified Coupled-Channels and Hauser-Feshbach Model Calculation for Nuclear Data Evaluation

Toshihiko Kawano|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2019

Nuclear Physics and Applications被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、keV から数 tens MeV のエネルギー範囲、特に歪みのある核において高精度な核データ評価を可能にする統合的核反応コード CoH3 を提案する。このコードは、結合チャネル光学モデルとハウーザー＝フェッシュバーグ統計理論を統合しており、強いチャネル結合を扱うために一般化された透過係数とエンゲルブレヒト＝ヴァイデンミュラー変換の2つの異なる手法を採用している。検証結果では、他のコードと比較して 182W における非弾性散乱の予測が向上している。

ABSTRACT

We present an overview of the coupled-channels optical model and the Hauser-Feshbach theory code CoH$_3$, which focuses on the nuclear reaction calculations in the keV to tens of MeV region with special attention to the nuclear deformation. The code consists of three major sections that undertake the one-body potential mean-field theory, the coupled-channels optical model, and the Hauser-Feshbach statistical decay. There are other complementary segments to perform the whole nuclear reaction calculations, such as the direct/semidirect radiative capture process, pre-equilibrium process, and prompt fission neutron emission.

研究の動機と目的

• 中程度から重い核において、keV から数 tens MeV のエネルギー範囲の核データを正確にモデル化できる包括的な核反応コードの開発を目的とする。
• 特にアクチニド元素を含む歪み核において顕著な集団励起が生じるため、標準的なハウーザー＝フェッシュバーグモデルが失敗する可能性がある強い結合の課題に対処することを目的とする。
• 結合チャネル理論と統計的崩壊理論を統合するための2つの高度な手法—一般化された透過係数とエンゲルブレヒト＝ヴァイデンミュラー変換—の実装と比較を目的とする。
• 評価済み核データファイル用に、断面積、角度分布、γ線生成率、イソマー状態生成を含む詳細な反応観測量を生成することを目的とする。
• 実験データおよび EMPIRE や TALYS などの既存コードと比較して、歪み核における非弾性散乱の性能を検証することを目的とする。

提案手法

• CoH3 は C++ で実装されており、約 200 個のソースファイルと 80 個のクラスを含み、反応鎖における (Z,A) 組合せを追跡するためのカスタム ZAnumber クラスを備えている。
• コードは自己完結型の光学モデルソルバを用いて透過係数を計算し、単粒子波動関数には平均場モデル（FRDM、HF-BCS、Woods-Saxon）を用いる。
• 歪み核に対しては、回転または振動結合チャネルモデルを適用し、S 行列をエンゲルブレヒト＝ヴァイデンミュラー変換（EWT）によって対角化して強い結合を扱う。
• 幅のフラクチュエーション補正にはモルダウアー法を用い、GOE を基にしたパラメータを用い、補正は物理的チャネルに戻す前に固有チャネル空間でする。
• ハウーザー＝フェッシュバーグコアにはギルバート＝キャンベルの状態密度モデルを採用し、事前平衡（2成分エキシトンモデル）、直接/準直接捕獲、および即時核分裂中性子放出（Madland-Nix モデル経由）を含む。
• 角度分布は、モルダウアーの統計理論を組み込んだブレット＝ビデナール形式を用い、透過係数とスピン依存行列要素を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核反応計算において、結合チャネル効果をハウーザー＝フェッシュバーグ統計モデルと一貫して統合する方法は何か？
• RQ2 エンゲルブレヒト＝ヴァイデンミュラー変換と一般化された透過係数を用いる場合、歪み核における非弾性散乱断面積にどのような影響を与えるか？
• RQ3 2つの手法は、182W における中性子誘発反応の角度分布および断面積予測において、どのように比較されるか？
• RQ4 強いチャネル結合を組み込むことで、歪みアクチニド核における実験データとの一致度はどの程度向上するか？
• RQ5 統合された CoH3 フレームワークは、複数の反応チャネルにわたり、イソマー比やγ線スペクトルを含む信頼性の高い高精度核データを生成できるか？

主な発見

• CoH3 は、一般化された透過係数とエンゲルブレヒト＝ヴァイデンミュラー変換（EWT）の2つの異なる手法を用いて、結合チャネル理論とハウーザー＝フェッシュバーグ理論を効果的に統合した。
• 182W において、EWT 法は一般化された透過係数法に比べ、特に最初の励起状態における非弾性散乱断面積が顕著に高くなる。これは、より強いチャネル結合効果を示している。
• EWT 法では、特に (n,α₀) 反応において、α 粒子の放射角度分布の非対称性が大きくなり、実験観測で観察される前方ピークの強化と整合的である。
• 58Ni における (n,p)、(n,α)、(n,np)、(n,2n) 反応について、CoH3 の予測は ENDF/B-VII.1 および JENDL-4.0 の評価済みデータ、および実験測定値と良好に一致している。
• 事前平衡過程および即時核分裂中性子放出の組み込みにより、MeV 範囲における全断面積および微分断面積の精度が向上した。
• EWT を用いた固有チャネル対角化の実装は計算コストが高くなるが、標準的な HF 近似が破綻するような強く歪んだ系においては不可欠である。