[論文レビュー] The Ramsauer model for the total cross sections of neutron nucleus scattering

R. S. Gowda, S. S. V. Suryanarayana+1 more|ArXiv.org|Jun 2, 2005

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、20〜550 MeVのエネルギー範囲で9Beから208Pbまでの軽いおよび重い核に対する中性子-核全断面積について、改良されたラマゼールモデルのパラメータ化を提案する。エネルギーおよび質量依存性に基づく関数形を用いることで、12個のグローバルパラメータでのみ、高い精度のフィットを達成し、特定の核に対しては半径パラメータのみを調整することで、広いエネルギーおよび質量範囲にわたる中性子散乱の統一的経験的記述が可能となる。

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.

研究の動機と目的

• 20–550 MeVの広いエネルギー範囲（9Beから208Pb）における中性子-核全断面積の統一的経験的モデルの構築を目的とする。
• 原子質量数（A）および重心系エネルギー（E）への系統的依存性を組み込むことで、ラマゼールモデルの従来の適用範囲を超えて拡張することを目的とする。
• 加速器駆動型亜臨界（ADS）系が500 MeVまでに必要なデータを正確かつ実用的に予測できるようにすることを目的とする。
• 標準的な系統的傾向が失敗する軽い核における偏差を特定し、それに対処するため、半径パラメータの調整を実施することを目的とする。

提案手法

• 全断面積の修正形であるσ_tot = 2π(R + λ̄)^2(1 - α cos β)を用いてラマゼールモデルを適用し、λ̄ = ℏ/√(2mE)とする。
• 位相シフトパラメータβはβ = β_x A^(1/3)(√(E + V) - √E)としてモデル化され、V = V_A + V_E√E、V_A = V_0 + V_1(N−Z)/A + V_2/Aを満たす。
• 振幅パラメータαはα = α_0 + α_A√Eとして表され、α_A = α_1 ln A + α_2 / ln Aにより、エネルギーおよび質量依存性を実現する。
• 半径RはR = r_0 A^(1/3) + r_A√E + r_2としてパラメータ化され、r_A = r_10 ln A + r_11 / ln Aにより、質量およびエネルギーに伴う系統的変化を可能にする。
• 12個のグローバルパラメータ（r_0, r_10, r_11, V_0, V_1, V_2, V_E, β_x, α_0, α_1, α_2, r_2）を、全核にわたる実験データにフィットさせることで、パラメータを決定する。
• 27Al、232Th、238Uに対してはr_0の特別な調整が行われ、一般の系統的傾向からの逸脱を示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 12個のパラメータの最小セットを用いて、20–550 MeVのエネルギー範囲で軽いおよび重い核に対する中性子-核全断面積を正確に記述できるか？
• RQ2 ラマゼールモデルのパラメータ（R、α、β）は、原子質量数Aおよび中性子エネルギーEにどのように系統的に依存するか？
• RQ3 27Al、232Th、238Uのような特定の核では、一般の系統的傾向とは異なり、半径パラメータを調整する必要があるのはなぜか？
• RQ4 12個のグローバルパラメータを有する同一の関数形が、研究された全エネルギー範囲および質量範囲にわたり、実験データをどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 軽い核における半径パラメータの役割は重い核と比べてどう異なり、標準的な系統的傾向からどの程度逸脱しているか？

主な発見

• 12個のグローバルパラメータを用いたラマゼールモデルは、9Beから208Pbまでの核について20–550 MeVの全エネルギー範囲で実験的全断面積を良好に再現しており、図1および図2の両方で良好な一致を示している。
• 半径パラメータRはAおよびEに系統的依存性を示し、重い核ではr_0 = 1.42988 fm、軽い核ではr_0 = 1.53091 fmとなる。
• 27Al、232Th、238Uに対しては、半径パラメータをそれぞれr_0 = 1.3892 fm、1.4488 fm、1.44641 fmに調整する必要があり、一般の系統的傾向からの逸脱を示している。
• βおよびαパラメータのエネルギーおよび質量依存性は対数関数および平方根関数により良好に記述可能であり、コンactな経験的関数形を実現している。
• 複雑な光学モデルポテンシャルを必要とせず、最小限のパラメータ化で高い精度を達成しており、実用的な系統的傾向のための有効な手法であることが示された。
• R、α、βに向けた提案された関数形は、ADSシステムや高エネルギー中性子散乱における原子炉物理学の分野で、信頼性があり予測可能なツールを提供する。