[논문 리뷰] Subroutines to Simulate Fission Neutrons for Monte Carlo Transport Codes

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

Nuclear Physics and Applications참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 252Cf, 240Pu, 239Pu 및 235U의 열화 및 자발적 열화에서 발생하는 열중성자 시뮬레이션을 위한 포트란 서브루틴(getnv252, getnv240, getnv239, getnv235)을 제시한다. 이 서브루틴들은 중성자 수의 모멘트 및 중성자-중성자 상관관계 데이터를 정확하게 재현하며, 중성자 공진도 영상 및 투과도 측정과 같은 고급 응용 분야에서 실제 열화 중성자 방출 특성을 모델링할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

Fortran subroutines have been written to simulate the production of fission neutrons from the spontaneous fission of 252Cf and 240Pu, and from the thermal neutron induced fission of 239Pu and 235U. The names of these four subroutines are getnv252, getnv240, getnv239, and getnv235, respectively. These subroutines reproduce measured first, second, and third moments of the neutron multiplicity distributions, measured neutron-fission correlation data for the spontaneous fission of 252Cf, and measured neutron-neutron correlation data for both the spontaneous fission of 252Cf and the thermal neutron induced fission of 235U. The codes presented here can be used to study the possible uses of neutron-neutron correlations in the area of transparency measurements and the uses of neutron-neutron correlations in coincidence neutron imaging.

연구 동기 및 목표

• 몬테카를로 운반 코드에서 열화 중성자 방출을 정확하고 재사용 가능한 포트란 서브루틴으로 개발하기.
• 핵분열성 동위원소의 주요 고려 대상에서 중성자 수 분포의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 모멘트를 재현하기.
• 자발적 열화 및 열중성자 유도 열화 모두에 대해 중성자-핵분열 및 중성자-중성자 상관관계 데이터를 모델링하기.
• 중성자-중성자 상관관계를 이용한 공진도 중성자 영상 및 투과도 측정과 같은 고급 응용 분야를 지원하기.
• 이전에 발표된 전문적인 시뮬레이션 도구들을 더 넓은 연구 공동체가 접근할 수 있도록 하기.

제안 방법

• 서브루틴은 포트란으로 구현되었으며 기존 몬테카를로 운반 코드에 통합되도록 설계되었다.
• 각 핵분열 사건당 방출되는 중성자 수를 시뮬레이션하기 위해 중성자 수 분포에 대한 경험적 데이터를 사용한다.
• 방출된 중성자 간의 각도 및 에너지 상관관계를 모델링하기 위해 중성자-핵분열 및 중성자-중성자 상관관계 데이터를 통합한다.
• 252Cf 자발적 열화의 시뮬레이션은 측정된 수의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 모멘트 및 중성자-핵분열 상관관계를 포함한다.
• 235U 및 239Pu의 경우, 측정된 중성자-중성자 상관관계 데이터를 사용하여 열중성자 유도 열화를 모델링한다.
• 서브루틴은 1999년 라스 알라모스 국립연구소 보고서(LA-UR-99-5444)를 기반으로 하며, 더 넓은 배포를 위해 업데이트되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경험적 데이터를 사용하여 몬테카를로 운반 코드에서 핵분열 중성자 방출을 어떻게 정확하게 시뮬레이션할 수 있는가?
• RQ2 중성자 수의 모멘트 및 중성자-중성자 상관관계는 시뮬레이션에서 얼마나 정확하게 재현될 수 있는가?
• RQ3 이 서브루틴들은 공진도 중성자 영상 또는 투과도 측정과 같은 새로운 응용 분야를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ4 252Cf 및 235U 열화의 경우, 시뮬레이션된 상관관계는 측정된 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이러한 전문적인 시뮬레이션 도구들을 연구 공동체에 공개함으로써 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 서브루틴들은 252Cf, 240Pu, 239Pu 및 235U 열화에서 측정된 중성자 수 분포의 첫 번째, 두 번째, 세 번째 모멘트를 성공적으로 재현한다.
• 252Cf 자발적 열화의 경우, 중성자-핵분열 상관관계 데이터는 getnv252 서브루틴에 의해 정확하게 모델링된다.
• 252Cf 자발적 열화 및 235U 열중성자 유도 열화의 경우 모두 중성자-중성자 상관관계 데이터가 해당 서브루틴에 의해 잘 재현된다.
• 이 시뮬레이션 프레임워크는 공진도 영상 및 투과도 측정과 같은 응용 분야에서 실제 중성자 방출을 모델링할 수 있도록 한다.
• 서브루틴들은 실험 데이터와의 검증을 거쳐 몬테카를로 운반 코드에 통합하기에 적합하다.
• 코드베이스는 연구 공동체의 넓은 연구 활동을 지원하기 위해 공개되었다.