[논문 리뷰] Energy and Isotope Dependence of Neutron Multiplicity Distributions

J. P. Lestone|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 17.

Nuclear reactor physics and engineering참고 문헌 11인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 전체 분포 형태를 피팅하는 대신 두 번째 및 세 번째 계승모멘트를 사용하여 핵분열에서 중성자 다중성 분포를 단순화된 모델로 제안한다. 가우시안 행동을 가정하며, 이 방법은 10 MeV 이하 중성자 에너지까지 실험 데이터를 정확하게 재현하며, MCNP와 같은 핵 운반 코드에 신뢰할 수 있는 기초를 제공한다.

ABSTRACT

Fission neutron multiplicity distributions are known to be well reproduced by simple Gaussian distributions. Many previous evaluations of multiplicity distributions have adjusted the widths of Gaussian distributions to best fit the measured multiplicity distributions Pn. However, many observables do not depend on the detailed shape of Pn, but depend on the first three factorial moments of the distributions. In the present evaluation, the widths of Gaussians are adjusted to fit the measured 2nd and 3rd factorial moments. The relationships between the first three factorial moments are estimated assuming that the widths of the multiplicity distributions are independent of the initial excitation energy of the fissioning system. These simple calculations are in good agreement with experimental neutron induced fission data up to an incoming neutron energy of 10 MeV.

연구 동기 및 목표

• 분포 형태 전체를 피팅하는 것에 비해 계승모멘트에 초점을 맞춤으로써 핵분열에서 중성자 다중성 분포 모델링의 정확도를 향상시키기 위해.
• 다양한 관측량에 대해 일반적으로 불필요한 전체 Pn 분포 피팅에 의존도를 줄이기 위해.
• 다양한 입사 중성자 에너지와 분열되는 동위원소에 걸쳐 실험 데이터와 일치하는 모델을 개발하기 위해.
• 핵 운반 시뮬레이션에 사용하기 위한 계산적으로 효율적이고 해석적으로 다룰 수 있는 프레임워크를 제공하기 위해.
• 분열 시스템의 초기 진동 에너지에 관계없이 다중성 분포의 폭이 독립적이라는 가정의 타당성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 두 번째 및 세 번째 계승모멘트를 측정된 값에 맞추기 위해 너비가 조정된 가우시안 함수를 사용하여 중성자 다중성 분포를 모델링한다.
• 첫 번째 세 개의 계승모멘트 간의 관계를 이용하여 전체 Pn 형태를 피팅하지 않고도 분포 파라미터를 추정한다.
• 분열 시스템의 초기 진동 에너지에 관계없이 다중성 분포의 너비가 독립적이라고 가정한다.
• 입사 중성자 에너지가 10 MeV까지의 실험적 중성자 유도 분열 데이터를 바탕으로 모델을 검증한다.
• 이전에 확립된 LA-UR-05-0288 보고서에 기반하여 기존의 MCNP 호환 다중성 분포 옵션을 활용한다.
• 통계적 모멘트를 사용하여 분포를 특성화함으로써, 시뮬레이션 코드 내에서 강인하고 단순화된 표현이 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 Pn 형태를 피팅하지 않고도 두 번째 및 세 번째 계승모멘트를 사용하여 다중성 분포를 정확하게 재구성할 수 있는가?
• RQ2 모멘트 기반 가우시안 모델은 다양한 입사 중성자 에너지와 동위원소에서 실험 중성자 다중성 데이터를 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 다른 초기 진동 에너지에서 분열 시스템의 다중성 분포 폭이 일정하다는 가정은 어느 정도 타당한가?
• RQ4 간단한 모멘트 기반 모델이 핵 운반 시뮬레이션에서 세부적인 Pn 피팅을 얼마나 널리 대체할 수 있는가?
• RQ5 MCNP 시뮬레이션의 맥락에서 기존 평가와 비교할 때 모델의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 두 번째 및 세 번째 계승모멘트에 기반한 모멘트 기반 가우시안 모델은 10 MeV 이하 입사 중성자 에너지까지 실험 중성자 다중성 데이터를 양호한 정확도로 재현한다.
• 다중성 분포 폭이 분열 시스템의 초기 진동 에너지에 영향을 받지 않는다는 가정은 다양한 분열 시스템에서 일관되고 신뢰할 수 있는 예측을 이끌어낸다.
• 모델은 전체 Pn 분포 피팅에 비해 계산적으로 효율적인 대안을 제공하며, MCNP와 같은 몬테카를로 운반 코드에 통합하기 적합하다.
• 이 방법은 기존 실험 데이터와 양호한 일치를 보이며, MCNP에서 표준으로 사용되는 LA-UR-05-0288 보고서와도 일치한다.
• 전체 분포 형태를 피팅하는 것 대신 계승모멘트를 사용함으로써 모델링을 단순화하면서도 대부분의 관측량에 필요한 물리적 정보를 유지한다.
• 모델은 다양한 동위원소와 입사 중성자 에너지에서 뛰어난 견고성을 보이며, 보다 광범위한 핵 데이터 응용 분야에서의 활용을 뒷받침한다.