[논문 리뷰] The Ramsauer model for the total cross sections of neutron nucleus scattering

R. S. Gowda, S. S. V. Suryanarayana외 1명|ArXiv.org|2005. 06. 02.

Nuclear reactor physics and engineering참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 20–550 MeV 범위에서 경미한 핵(9Be에서 208Pb까지)에 대해 중성자-핵 총단면적을 향상된 램제이저 모델 파arameterization을 제안한다. 에너지와 질량 의존성에 기반한 기능형식을 사용하여 12개의 전역 매개변수로만 정확한 피팅을 달성하며, 일부 핵에 대해서는 반지름 매개변수만 조정함으로써 넓은 에너지 및 질량 범위에서 중성자 산산각산의 통합적인 경험적 기술을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Theoretical study of systematics of neutron scattering cross sections on various materials for neutron energies up to several hundred MeV are of practical importance. In this paper, we analysed the experimental neutron scattering total cross sections from 20MeV to 550MeV using Ramsauer model for nuclei ranging from Be to Pb.

연구 동기 및 목표

• 20–550 MeV의 넓은 에너지 범위와 9Be에서 208Pb까지의 질량 범위에서 중성자-핵 총단면적에 대한 통합 경험적 모델을 개발하는 것.
• 원자 질량수(A)와 질량중심 에너지(E)에 대한 체계적 의존성을 통합하여 램제이저 모델의 기존 범위를 확장하는 것.
• 500 MeV까지의 데이터가 필요한 가속기 구동형 부하하중(ADS) 시스템에 대해 정확하고 실용적인 단면적 예측을 가능하게 하는 것.
• 기본 체계적 규칙이 실패하는 경미한 핵에서의 이심을 식별하고, 반지름 매개변수 조정을 통해 이를 해결하는 것.

제안 방법

• 총단면적의 수정된 형태인 σ_tot = 2π(R + λ̄)^2(1 - α cos β)를 사용하여 램제이저 모델을 적용하며, 여기서 λ̄ = ℏ/√(2mE)이다.
• 위상이동 매개변수 β는 β = β_x A^(1/3)(√(E + V) - √E)로 모델링되며, V = V_A + V_E√E 이고, V_A = V_0 + V_1(N−Z)/A + V_2/A 이다.
• 진폭 매개변수 α는 α = α_0 + α_A√E 로 표현되며, α_A = α_1 ln A + α_2 / ln A 이므로 에너지 및 질량 의존성이 가능해진다.
• 반지름 R은 R = r_0 A^(1/3) + r_A√E + r_2 로 파arameterization되며, r_A = r_10 ln A + r_11 / ln A 이므로 질량 및 에너지에 따라 체계적으로 변화할 수 있다.
• 12개의 전역 매개변수(기본적으로 r_0, r_10, r_11, V_0, V_1, V_2, V_E, β_x, α_0, α_1, α_2, r_2)가 다양한 핵의 실험 데이터에 피팅된다.
• 27Al, 232Th, 238U에 대해서는 r_0에 특별한 조정이 이루어져 피팅을 향상시키며, 이는 일반 체계적 규칙에서의 이심을 나타낸다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 12개의 최소 매개변수로 램제이저 모델을 확장하여 경미한 핵과 무거운 핵에서 550 MeV까지 중성자-핵 총단면적을 정확하게 기술할 수 있는가?
• RQ2 반지름 R, α, β 매개변수들이 원자 질량수 A와 중성자 에너지 E에 대해 체계적으로 어떻게 의존하는가?
• RQ3 27Al, 232Th, 238U와 같은 특정 핵에서는 일반 체계적 규칙이 실패함에도 불구하고 반지름 매개변수 조정이 필요한 이유는 무엇인가?
• RQ4 12개의 전역 매개변수로 구성된 단일 기능형식이 연구된 전체 에너지 및 질량 범위에서 실험 데이터를 어느 정도 정확하게 재현할 수 있는가?
• RQ5 경미한 핵과 비교하여 반지름 매개변수의 역할은 무엇이며, 표준 체계적 규칙에서 어떻게 이심을 보이는가?

주요 결과

• 12개의 전역 매개변수를 사용한 램제이저 모델은 9Be에서 208Pb까지의 핵에서 20–550 MeV 범위의 실험 총단면적을 매우 정확하게 재현하며, 그림 1과 2에서 뛰어난 일치를 보인다.
• 반지름 매개변수 R은 A와 E에 대해 체계적인 의존성을 보이며, 무거운 핵에선 r_0 = 1.42988 fm, 경미한 핵에선 r_0 = 1.53091 fm 로 나타난다.
• 27Al, 232Th, 238U에 대해서는 반지름 매개변수를 각각 r_0 = 1.3892 fm, 1.4488 fm, 1.44641 fm 로 조정해야 하며, 이는 일반 체계적 규칙에서의 이심을 나타낸다.
• β 및 α 매개변수의 에너지 및 질량 의존성은 로그 및 제곱근 함수로 잘 기술되어 있어 압축된 경험적 형태를 가능하게 한다.
• 복잡한 옹호 모델 포텐셜이 필요 없이도 최소한의 파arameterization으로도 높은 정확도를 달성하였으며, 실용적 체계적 규칙에 적합함을 보여준다.
• R, α, β에 대한 제안된 기능형식은 ADS 시스템과 고에너지 중성자 산산각산에서의 Reactor 물리학에 신뢰할 수 있고 예측 가능한 도구를 제공한다.