[논문 리뷰] Cadmium Resonance Parameters from Neutron Capture and Transmission Measurements at the RPI LINAC

G. Leinweber, D. P. Barry외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 10.

Nuclear reactor physics and engineering참고 문헌 11인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 RPI LINAC를 사용하여 자연 카드뮴의 고정밀 중성자 포획 및 투과 측정을 수행하여 공진형태 파arameters와 열중성자 단면적을 결정한다. SAMMY 8.0를 사용한 베이지안 R-매트릭스 피팅을 통해 저자들은 종합적인 불확실성 정량화를 수행하여 이전 평가와의 일관성을 확인하고, 지난 10년간 113Cd의 열중성자 단면적 또는 첫 번째 공진형태에 큰 변화가 없음을 발견한다.

ABSTRACT

Cadmium has been used historically as an important component of integral experiments because of its high thermal neutron absorption cross section. Correct interpretation of such experiments depends on accurate differential neutron cross section measurements. The 60 MeV electron accelerator at the Gaerttner LINAC Center was used to generate neutrons for neutron capture and total cross section measurements of natural Cd. Measurements were performed in the thermal and epithermal resonance range with sample thicknesses ranging from 1 x 10-4 to 4 x 10-2 atoms per barn. A full resonance region analysis was performed in order to determine the thermal cross sections and resonance integrals of the cadmium isotopes. The Bayesian R-Matrix code SAMMY 8.0 was used to shape fit the data and extract the resonance parameters. Resonance parameter and cross section uncertainties were determined from their primary components: transmission background, capture normalization, experimental resolution function, burst width, sample thickness, and counting statistics. The experiments were analyzed for consistency within the measured capture and transmission using multiple sample thicknesses. Results are compared to previously published measurements and evaluated nuclear libraries. No major changes to the thermal cross section or the first resonance in Cd113 were identified from the consensus achieved from measurements and evaluations over the past decade.

연구 동기 및 목표

• 통합-reactor 실험에 활용하기 위한 카드뮴의 열중성자 단면적 및 공진형태 파aram터 정확도 향상.
• 열에너지 및 초열에너지 영역에서 113Cd 및 기타 카드뮴 동위원소의 중성자 단면적 데이터에 대한 불확실성 해결.
• 다양한 샘플 두께에서의 중성자 포획 및 투과 측정 간 일관성 검증.
• 현대적 베이지안 피팅 기법을 사용한 공진형태 파aram터 업데이트 및 실험 구성 요소에서 기인하는 불확실성 평가.
• 이전 측정치 및 평가된 핵데이터 라이브러리와의 비교를 통한 일관성 및 신뢰성 평가.

제안 방법

• Gaerttner LINAC 센터에서 60 MeV 전자 빔을 이용한 중성자 생성, 포획 및 투과 측정에 활용.
• 다양한 샘플 두께(1×10⁻⁴에서 4×10⁻² 원자/바른)를 사용하여 투과 및 포획 데이터의 일관성 있는 분석 가능.
• 공진형태 데이터의 형태 피팅 및 공진형태 파aram터 추출을 위해 베이지안 R-매트릭스 코드 SAMMY 8.0 적용.
• 주요 구성 요소에서 기인한 불확실성 정량화: 투과 배경, 포획 정규화, 해상도 함수, 버스트 폭, 샘플 두께, 카운팅 통계.
• 완전한 공진 영역 분석을 통한 카드뮴 동위원소의 열단면적 및 공진형태 적분 계산.
• 이전 측정치 및 평가된 핵데이터 라이브러리와의 비교를 통해 일관성 및 타당성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열에너지 및 초열에너지 영역에서 카드뮴 동위원소의 가장 정확한 공진형태 파aram터는 무엇인가?
• RQ2 투과 배경, 포획 정규화 및 해상도 함수의 불확실성이 추출된 공진형태 파aram터에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 현재 측정치는 113Cd의 열중성자 단면적을 어느 정도 확인하거나 수정하는가?
• RQ4 다양한 샘플 두께에서 중성자 포획 및 투과 측정 간 일관성은 어느 정도인가?
• RQ5 결과는 이전에 발표된 측정치 및 평가된 핵데이터 라이브러리와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 113Cd의 열중성자 단면적과 첫 번째 공진형태의 파aram터는 지난 10년간의 공식 평가값과 비교해 유의미한 변화가 없음.
• 다양한 샘플 두께에서 카드뮴 동위원소의 측정된 공진형태 파aram터가 일관되게 추출되어 데이터 신뢰성 확인.
• 불확실성 정량화 결과 샘플 두께와 카운팅 통계가 공진형태 파aram터의 총 불확실성의 주요 기여 요소로 밝혀짐.
• SAMMY 8.0를 사용한 베이지안 R-매트릭스 피팅이 포획 및 투과 데이터를 성공적으로 통합하여 일관된 공진형태 파aram터 도출.
• 현재 측정치와 기존 평가된 핵데이터 라이브러리 간에 주요 격리 없이 일관성이 확인되어 라이브러리의 계속 사용을 지지함.
• 일관성 있고 잘 특성화된 단면적 덕분에 이 연구는 통합 중성자 실험에서 카드뮴이 기준 물질로 신뢰할 수 있음을 확인함.