[論文レビュー] Absolute validation of nuclear resonance fluorescence models and cross sections in $^{238}$U and $^{27}$Al

Jayson R. Vavrek, Brian S. Henderson+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2018

X-ray Spectroscopy and Fluorescence Analysis被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、測定された透過カウントレートを用いて、$^{238}$Uおよび$^{27}$Alにおける核共鳴散乱蛍光（NRF）断面積の絶対的妥当性を検証し、実験データと広範なモデル化の間に9–20%の一致を達成した。結果として、既存のNRF断面積パrameterの信頼性が確認され、$^{27}$Alが標準化基準としての有効性が裏付けられるとともに、絶対的レベル幅および分岐比の新たな決定が可能になった。

ABSTRACT

We performed absolute cross section validation experiments for three nuclear resonance fluorescence (NRF) transitions near 2.2 MeV in $^{27}$Al and $^{238}$U using the measurements of transmission NRF count rates in Vavrek et al., PNAS 115 (17), 2018. Absolute NRF photon count rates observed in data and predicted by extensive modeling agree to within ${\sim}20\%$ in the $^{238}$U NRF transitions and $9\%$ in $^{27}$Al, for an average $14\%$ discrepancy across the entire study. Such agreement provides approximate but absolute validation of the literature NRF cross section parameters and good predictive capability for the design and analysis of future NRF experiments. Moreover, the close agreement in $^{27}$Al affirms the validity of using $^{27}$Al as a normalization target in past experiments. Inverting the analysis, new values of absolute level widths (for both $^{238}$U and $^{27}$Al) and branching ratios (for $^{238}$U) are also obtained.

研究の動機と目的

• 実験データを用いて、$^{238}$Uおよび$^{27}$Alにおける核共鳴散乱蛍光（NRF）断面積パラメータの絶対的妥当性を提供すること。
• シミュレートされたと測定された透過カウントレートを比較することにより、既存のNRFモデルの予測精度を評価すること。
• 過去のNRF実験における$^{27}$Alを標準化標的に用いることの妥当性を評価すること。
• データの逆解析を通じて、$^{238}$Uおよび$^{27}$Alにおける新たな絶対的レベル幅および分岐比の値を導出すること。

提案手法

• VavrekらのPNAS 115 (17), 2018の実験データを用い、$^{238}$Uおよび$^{27}$Alの2.2 MeV近傍の3つの遷移について、絶対的透過NRFカウントレートを測定した。
• NRF断面積および透過応答の広範なモデル化を行い、カウントレートを予測した。
• モデル化されたカウントレートを直接測定値と比較し、乖離を定量化した。
• データとモデルの一致をもとに、文献に記載された断面積パラメータの妥当性を検証し、新たな絶対的レベル幅および分岐比を推定した。
• 逆解析を適用して、$^{238}$Uおよび$^{27}$Alにおけるより改善された絶対的レベル幅の値および$^{238}$Uにおける分岐比の値を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モデル化されたNRFカウントレートは、$^{238}$Uおよび$^{27}$Alにおける絶対的実験測定値とどの程度一致するか？
• RQ2 絶対的妥当性評価に基づいて、文献に記載されたNRF断面積パラメータは信頼できるとみなせるか？
• RQ3 観察された一致を踏まえると、$^{27}$AlはNRF実験における標準化標的に適切であると評価できるか？
• RQ4 データ-モデル比較から、新たな絶対的レベル幅および分岐比の値をどの程度導出できるか？

主な発見

• $^{238}$Uの遷移では、測定値とモデル化値の一致が約20%以内であり、$^{27}$Alの遷移では9%以内であった。
• 全遷移の平均乖離は14%であり、モデル予測と実験データの間で強い一貫性が示された。
• $^{27}$Alにおける一致の高さは、過去のNRF実験で$^{27}$Alを標準化標的に用いることの妥当性を支持する。
• 本解析により、逆モデル化アプローチを用いて$^{238}$Uおよび$^{27}$Alの両方における新たな絶対的レベル幅が決定可能となった。
• 実験データの逆解析を通じて、$^{238}$U遷移の新たな分岐比の値が導出された。