[논문 리뷰] Systematics of Proton-Induced Fission Cross Sections for Intermediate Energy Applications

A. Prokofiev, S. G. Mashnik외 1명|ArXiv.org|2002. 10. 23.

Nuclear physics research studies참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 1000 MeV까지의 입사 에너지 및 더 넓은 범위의 표표핵에 대해 프로톤 유도 열렬 분열 단면적의 체계적 모델을 확장하며, 실험 데이터와 양호한 일치를 보인다. 이 모델은 CINDER'90 전이량 계산 코드에서 사용 가능한 자료 라이브러리로 구현되어, 가속기 구동 시스템과 핵폐기물 분리 응용 분야에서의 전이 과정 시뮬레이션을 향상시킨다.

ABSTRACT

The recent systematics of proton-induced fission cross sections is extended to a wider range of target nuclei and incident energies. Reasonable agreement with available experimental data is demonstrated. The extended systematics is employed to generate a data library for use in the CINDER'90 transmutation inventory code.

연구 동기 및 목표

• 기존의 프로톤 유도 열렬 분열 단면적 체계적 모델을 더 넓은 범위의 표표핵과 입사 에너지로 확장하기 위해.
• 중간 에너지 응용 분야에 적합한 열렬 분열 단면적 모델의 정확성과 예측 능력을 향상시키기 위해.
• CINDER'90과 같은 전이량 계산 코드에서 사용 가능한 신뢰성 있고 일관된 자료 라이브러리를 구축하기 위해.
• 특히 가속기 구동형 임계하위시스템(ADS)과 미소활성우라늄의 전이를 위한 고급 nuclear 에너지 시스템을 지원하기 위해.
• 다양한 동위원소와 에너지 범위에서 가용한 실험 데이터를 바탕으로 확장된 체계적 모델의 타당성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 이전에 확립된 반경험적 체계적 모델을 기반으로 하여, 원래 범위를 초월한 추가 표표핵을 포함하도록 확장한다.
• 입사 프로톤 에너지와 표표핵 질량수에 대한 경험적 의존성을 포함하며, 열렬 장벽 통과 형식의 수정된 형태를 사용한다.
• 열렬 장벽의 에너지 의존성과 복합핵 형성 확률을 바탕으로 현상학적 접근 방식을 사용해 열렬 분열 단면적을 계산한다.
• 문헌에서 확보한 실험 데이터에 맞추어 모델의 매개변수를 조정함으로써, 다양한 동위원소와 에너지 범위에서의 일관성을 확보한다.
• 최종적으로 확장된 체계적 모델을 CINDER'90 코드와 호환되는 구조화된 자료 라이브러리로 정리한다.
• 실험 데이터베이스에서 측정된 값과 예측된 단면적을 비교하여 유효성 검증을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 다양한 표표핵과 중간 에너지 범위(최대 1000 MeV)에서 프로톤 유도 열렬 분열 단면적을 신뢰성 있게 외삽할 수 있는가?
• RQ2 확장된 체계적 모델은 다양한 우라늄계 및 무거운 원소 표표핵에서 기존의 실험적 열렬 분열 단면적 데이터를 어느 정도 잘 재현하는가?
• RQ3 CINDER'90과 같은 전이량 계산 코드에 모델을 효과적으로 통합하여 고급 핵연료 사이클 시뮬레이션을 지원할 수 있는가?
• RQ4 중간 에너지 영역에서 표표핵 질량과 입사 프로톤 에너지에 따라 열렬 분열 단면적이 어떻게 변화하는 주요 물리적 경향이 있는가?
• RQ5 모델은 전이 응용 분야에서 중요한 미소활성우라늄과 유용한 물질에 대해 어느 정도의 성능을 보이는가?

주요 결과

• 확장된 체계적 모델은 광범위한 표표핵과 입사 에너지 범위에서 가용한 실험 데이터와 합리적인 일치를 보였다.
• 모델은 232Th, 233U, 235U, 238U, 240Pu와 같은 우라늄계 원소에 대해 최대 1000 MeV의 프로톤 에너지에서 열렬 분열 단면적을 성공적으로 예측하였다.
• 많은 우라늄계 원소에서 100–200 MeV 부근에 열렬 분열 단면적의 특징적인 피크가 나타나는 경향을 모델이 잘 반영하였다.
• 모델의 예측 값은 CINDER'90 전이 코드에서 사용 가능한 자료 라이브러리의 기초로 충분히 정확하였다.
• 추가적인 동위원소와 에너지 점들을 포함함으로써, 가속기 구동 시스템(ADS) 및 폐기물 분리 연구에 대한 모델의 유용성이 향상되었다.
• 최종적으로 제작된 자료 라이브러리는 LANL 보고서 LA-UR-02-5837로 출판되었으며, 핵 시뮬레이션 도구에 통합하기 위해 arXiv를 통해 공개되어 있다.