Direct Observation of evaporation pocess for prediction of MeV-class secondary radiation

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14159
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 小川 達彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (20632847)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 蒸発反応 / 荷電粒子 / エネルギー分布 / 統計崩壊モデル

Outline of Annual Research Achievements

本年度は測定器の作成と、蒸発モデルの改良点の明確化を行った。
本研究の実験においては、励起核から放出される荷電粒子の電荷・質量識別とエネルギー測定を行うため、厚みの異なるプラスチックシンチレータ2枚を使用する。しかも、本実験の条件で放出される荷電粒子のエネルギーは数MeV程度であるため、真空槽のステンレスは貫通できない。一方、通常シンチレータからの信号増幅に使われる光電子増倍管は、内部に数千ボルトの高電圧をかけることで信号を増幅するため、真空に保たれる真空槽の内側では内部で放電を起こす恐れがあった。そこで代替技術を検討したところ、シンチレータから放出される光子を高感度の半導体センサにより直接カウントするマルチピクセルフォトンカウンターが適用可能であることを明らかにし、適切な増幅率や感度のものをプラスチックシンチレータに接続した。既に真空槽内に設置されている他の検出器と合わせて、検出器やその信号増幅器は全て揃ったことになる。
また、本研究で改良予定の蒸発モデル(GEM)に関して、二次粒子放出後に残る残留核の量を測定した文献値があり、これとの比較によるとGEMはα粒子の放出が過剰で、中性子放出が過度に抑制されているという、申請時の指摘を支持する結果が得られた。これについて、近年革新的研究開発推進プログラム ImPACTで行われた改良(１、粒子放出強度を決める逆反応断面積を、光学モデルによって計算したより正確な値で置き換える。２、準位密度をBack-shifted Fermiガスモデルにし、従来低エネルギーで使われていた定温模型を除く)が質量数１００前後の中重核で有効なことを発見したことで、これを重核にも拡張することで中性子に加えて荷電粒子の収量計算値を高精度化できる見込みが立った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

理論研究は、近年の統計崩壊モデルに関する研究が予想以上に本研究の参考になったため、大きく突破口が開けた。一方実験については、フランス共和国原子力庁CEA(Le commissariat a l'energie atomique)に留学することとなったため、ビームを使っての実験は帰国後に実施することとし、ビームタイムの取得を控える一方検出器の準備に専念した。

Strategy for Future Research Activity

2019年度は留学中のため、原子力機構タンデム加速器における実験は2020年度に持ち越し、代わりに理論研究部分を推進する。特に、蒸発モデルの中で使われている逆反応断面積や準位密度の選択が重核の蒸発反応に与える影響の調査や、統計マルチフラグメンテーションモデルが蒸発モデルをどの程度補正するかについて調査する予定である。
実験については、原子力機構タンデム加速器における課題申請はすでに通っているため、2020年度に金ターゲット薄膜の作成とビームタイムの取得を行い、金ターゲットへの炭素入射実験を実施する。その結果に応じて、エネルギーやターゲットを変えた系統的な測定を進める。

Causes of Carryover

2018年度は留学のため、原子力機構タンデム加速器における実験を見送ったため、実験のための物品費は執行を見送った。また、予定していた学会への参加も留学のため見送ったので、出張旅費も執行していない。
実験に使用する予算は、2020年度に実験を開始するのに合わせて執行する予定である。また、学会の参加は、帰国前後から原子核反応や放射線挙動に関する開催予定の学会を調べ、検討を進める。