[논문 리뷰] Energy dependence of cross section of photonuclear reactions on indium isotopes

В. І. Жаба, Ivan Haysak외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 24.

Nuclear Physics and Applications참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 베타트론에서 발생하는 12–25 MeV 브레머슈탈링 빔을 사용하여 113In(γ,n)112m,gIn 반응의 이소머릭 수율 비율을 측정하고, 역문제를 해결하기 위해 Penfold-Leiss 및 Tikhonov 방법을 적용하여 에너지 의존성의 단면적을 추출하며, TALYS-1.6 핵반응 코드와 비교한다. 주요 발견은 113In(γ,n)112mIn에 대한 실험적 단면적이 15.8 MeV에서 최대 약 162–167 mb로 피크에 도달하며, 브레잇-바이너 함수가 가우시안 함수보다 공명을 더 잘 맞춘다는 것이다. 이는 핵데이터 라이브러리에 대한 데이터의 타당성을 입증한다.

ABSTRACT

Experimental isomeric yield ratios for the 113In(γ,n)112m,gIn reactions on the betatron B25/30 bremsstrahlung gamma beam of energy range 12-25 MeV are measured. Effective cross-sections of (γ,n)-reactions with 112mIn and 114mIn isomers output are calculated. The Penfold-Leiss and Tikhonov methods are applied to solve the Volterra integral equation. The obtained experimental cross-sections are compared with theoretical calculations using the TALYS-1.6 code.

연구 동기 및 목표

• 113In에서 112mIn 이소머로 이어지는 (γ,n) 반응 단면적의 에너지 의존성을 규명하기 위해.
• 이소머릭 수율 비율에서 단면적을 추출하기 위한 수치적 방법을 사용하여 역문제를 해결하기 위해.
• TALYS-1.6 핵반응 코드에서 이론적 예측과 실험적 단면적을 비교하기 위해.
• γ-활성화 분석과 같은 응용 분야를 위한 핵데이터 라이브러리에 포함시키기에 적합한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 베타트론 B25/30를 사용하여 12–25 MeV 전자 빔 에너지 범위에서 113In(γ,n)112m,gIn의 이소머릭 수율 비율(Ym/Yg)을 측정하였다.
• 수율과 단면적 간의 관계를 나타내는 볼테라 적분방정식을 해결하기 위해 Penfold-Leiss 및 Tikhonov 방법을 적용하였다.
• 브레머슈탈링 광자 스펙트럼을 모델링하기 위해 Shiff의 스펙트럼을 적분방정식의 커널로 사용하였다.
• 실험적 단면적 피크에 대해 가우시안 및 브레잇-바이너 함수를 각각 피팅하여 공명 형상의 적합도를 평가하였다.
• 다섯 가지 수준 밀도 모델(ldmodel 1–5)을 사용한 TALYS-1.6 시뮬레이션과 추출된 단면적을 비교하였다.
• 감소된 카이제곱(χ²)을 사용하여 적합도를 평가하고 공명 매개변수(E_max, Γ, σ_max)를 추출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 12에서 25 MeV 사이의 광자 에너지 범위에서 113In(γ,n)112mIn 반응의 단면적이 어떻게 변화하는가?
• RQ2 이소머릭 수율 비율에서 단면적을 재구성할 때 Penfold-Leiss 방법과 Tikhonov 방법 중 어느 것이 더 정확한가?
• RQ3 실험적 단면적 데이터의 공명 피크를 기술하는 데 브레잇-바이너 함수가 가우시안 함수보다 더 우수한가?
• RQ4 다양한 수준 밀도 모델을 사용한 TALYS-1.6 시뮬레이션은 측정된 단면적을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ5 높은 에너지에서 경쟁 반응((γ,2n) 등)이 실험적 단면적 값에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Penfold-Leiss 방법을 사용한 113In(γ,n)112mIn에 대한 실험적 단면적은 15.8 MeV에서 최대 161.8 mb로 피크에 도달하고, Tikhonov 방법을 사용한 경우 최대 166.8 mb이다.
• 감소된 χ² 값이 각각 0.47(PL)과 0.85(T)인 브레잇-바이너 함수가 가우시안 함수 피팅(각각 0.71 및 1.69)보다 공명 피크에 훨씬 더 우수한 적합도를 보였다.
• TALYS-1.6 코드에서 ldmodel 4(Goriely의 미세한 수준 밀도)를 사용한 경우 실험 데이터와 가장 유사한 결과를 도출하였지만, 18 MeV 이상의 에너지에서 여전히 차이가 존재하였다.
• 브레잇-바이너 피팅을 통해 추출된 공명 매개변수로는 E_max = 15.8–15.9 MeV, Γ = 4.1–4.2 MeV, σ_max = 190–199 mb로, 넓은 거대 전기 dipole 공명의 구조를 나타낸다.
• 115In(γ,n)114mIn에 대해서는 TALYS-1.6 시뮬레이션에서 ldmodel 5를 사용한 결과 최대 단면적이 52.5 mb였고, 문헌에서의 실험적 값은 36.4 mb였으며, 이는 1.17배의 과대평가를 의미한다.
• 본 연구는 113In(γ,n)112mIn 단면적 데이터, 특히 공명 매개변수들이 γ-활성화 분석과 같은 응용 분야를 위한 핵데이터 라이브러리에 포함시키기에 적합하다는 것을 확인한다.