[논문 리뷰] Photoneutron Reactions $^{181} m{Ta}(γ, extit{x}n; extit{x} = 1 ÷8)^{181- extit{x}} m{Ta}$ AT $E_{ m{γmax}}$ = 80 $÷$ 95 MeV

А. Н. Водин, O.S. Deiev외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 17.

Nuclear Physics and Applications참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 LUE-40 전자 선형 가속기에서 발생하는 브레머슈탈루ング 복사의 최대 에너지가 80–95 MeV인 조건에서, $^{181}$Ta($\gamma$,xn; x=1–8) 반응에 대한 브레머슈탈루ング 복사 스트림 평균 광중성자 반응단면적을 잔류 $\gamma$-활성도 방법을 사용하여 측정하였다. x ≤ 6 중성자에 대해 실험 결과와 TALYS1.9 계산 간 양호한 일치를 관찰하였지만, (γ,7n) 및 (γ,8n) 반응에서는 상당한 이질성이 나타났다. $^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta의 이소메르 비율 $d(E_{\gamma\text{max}})$는 $0.33 \pm 0.07$로 측정되어, 기저 상태 대비 이소메르 상태의 두 배 감소를 나타내며, 문헌 자료와 일치한다.

ABSTRACT

The bremsstrahlung flux-averaged cross-sections $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ for the $^{181} m{Ta}(γ, extit{x}n; extit{x} = 1 ÷8)^{181- extit{x}} m{Ta}$ photoneutron reactions have been measured at end-point bremsstrahlung energies ranging from 80 MeV to 95 MeV. The measurements were performed with the beam from the NSC KIPT electron linear accelerator LUE-40 using the residual $γ$-activity method. The theoretical $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ values were computed using the cross-sections $σ(E)$ from TALYS1.9 code. A comparison between the measured cross-sections $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ and the theoretical values has demostrated their good agreement for the reactions with escape of up to 6 neutrons, and substantial differences for the $(γ,7 m{n})$ and $(γ,8 m{n})$ reactions. Isomeric ratios of the average cross-sections $d(E_{ m{γmax}})$ have been found for the $^{181} m{Ta}(γ,3n)^{178g,m} m{Ta}$ reaction products. The results have been compared with the literature data and the computations based on TALYS1.9 code.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 γ-빔(80–95 MeV)에서 $^{181}$Ta($\gamma$,xn; x=1–8) 반응에 대한 브레머슈탈루ング 복사 스트림 평균 단면적을 측정하여 GDR를 초월한 광분열 메커니즘을 탐구한다.
• 비대칭성에 의한 핵의 형상이 $^{181}$Ta와 같은 무거운 비대칭 핵에서 에너지 의존성 단면적 및 반응 다중성을 어떻게 형성하는지 조사한다.
• $^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta의 이소메르 비율 $d(E_{\gamma\text{max}})$를 결정하여 기저 상태와 이소메르 상태 간의 인구 경쟁을 평가한다.
• 실험 결과를 TALYS1.9 이론 예측과 비교하여 고다중성 중성자 방출에서 나타나는 이질성을 규명한다.

제안 방법

• 브레머슈탈루ング 복사에 의해 조사된 $^{181}$Ta 표표를 사용하여 잔류 $\gamma$-활성도 방법을 통해 단면적을 측정하였다.
• 40 MeV 전자 빔을 W-변환기 표적으로 사용하여 80–95 MeV의 최대 γ 에너지 범위를 확보하였다.
• 검출기 효율성 및 기하학적 보정을 위해 GEANT4 시뮬레이션을 사용하여 측정된 $\gamma$-선 스펙트럼에서 단면적을 추출하였다.
• TALYS1.9 코드를 사용하여 기본 설정을 포함한 수준 밀도 및 옵티컬 모델 입력을 사용하여 이론적 단면적을 계산하였다.
• $^{178g,m}$Ta의 기저 상태와 이소메르 상태 단면적 비율에서 유도된 이소메르 비율 $d(E_{\gamma\text{max}})$를 산정하였다.
• γ-선 강도, 효율성, 활성도 측정의 오차 전파를 통해 체계적 불확실성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 80–95 MeV γ 에너지에서 $^{181}$Ta($\gamma$,xn) 반응의 브레머슈탈루ング 복사 스트림 평균 단면적은 중성자 다중성 x에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 TALYS1.9 예측은 $^{181}$Ta 광중성자 반응의 80–95 MeV 범위에서 실험 결과와 어느 정도 일치하는가?
• RQ3 80–95 MeV에서 $^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta 반응의 이소메르 비율 $d(E_{\gamma\text{max}})$는 얼마이며, 문헌 및 이론과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 저다중성 채널에서는 양호한 일치를 보였지만, (γ,7n) 및 (γ,8n) 채널에서 실험과 이론 간 이질성이 발생하는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 측정된 $^{181}$Ta($\gamma$,xn) 반응(1–6 중성자)에 대한 브레머슈탈루ング 복사 스트림 평균 단면적은 TALYS1.9 예측과 양호한 일치를 보이며, 저다중성 채널에 대한 신뢰할 수 있는 모델링를 나타낸다.
• (γ,7n) 및 (γ,8n) 반응에서 상당한 이질성이 관찰되었으며, 실험적으로 측정된 단면적은 TALYS1.9 예측보다 상당히 낮았다.
• 80÷95 MeV에서 $^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta의 이소메르 비율 $d(E_{\gamma\text{max}})$는 $0.33 \pm 0.07$로 측정되었으며, 이는 기저 상태 대비 이소메르 상태의 두 배 감소를 나타낸다.
• 실험적 이소메르 비율은 $E_{\gamma\text{max}}=24\div95$ MeV 범위에서의 문헌 자료($0.34 \pm 0.02$ 근처 집합)와 일치하며, 이 에너지 범위에서 일관된 행동을 보임을 시사한다.
• (γ,n), (γ,2n), 및 (γ,3n) 반응의 측정된 단면적 합계는 참조 문헌 [8]의 값과 일치하여 본 측정 방법의 타당성을 검증한다.
• 이론적 TALYS1.9 계산은 이소메르 비율을 약 두 배 과소평가하고 있어, 고에너지 광분열에서 이소메르 상태 인구 모델링 향상의 필요성을 시사한다.