高エネルギー重粒子破砕片の生成角度分布の測定及び理論的研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26790072
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 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 原子力基礎工学研究センター, 研究員 (20632847)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 重イオン入射反応 / 核破砕片 / 角度分布 / 生成断面積 / 核反応モデル / 計算コード

研究実績の概要

本研究において実施した実験で、290,400MeV/核子炭素イオンビームがターゲット核と反応して生成する破砕片の角度分布を測定した。重い破砕片が正面に集中する一方、軽い破砕片は大角度まで広がること、入射エネルギーが高いほどすべての破砕片が正面に集中する傾向が得られ、妥当な実験値が得られた。
この実験を受けて、核反応モデルJQMD(Jaeri Molecular Dynamics Model)の改良に取り組み、以下の点が改善できることを明らかにした。まず、原子核が掠めるように接触する周辺衝突反応の扱いが破砕片の前方の角度分布に影響を与えていることが分かった。従来モデル内で考慮されていなかった周辺衝突を取り入れたことで、正面方向の破砕片生成量をより正しく計算することができた。また、従来は反応終了時のエネルギー収支がずれていた場合はすべて計算をやり直していたが、エネルギーが少し不足した程度なら他の原子核の励起エネルギーから埋め合わせるなど、エネルギー収支の正負や大きさによって扱いを分けた。これにより、原子核が中心同士で衝突する反応は、従来エネルギーのずれが多く頻繁に却下されていたが、この改良により解決した。
また、本研究はJQMDを用いた原子核媒質の基礎的な物性を再現する研究にも発展した。無限に続く中性子と陽子の分布した系があるとき、中性子や陽子がどれくらいの頻度で互いに衝突するか、衝突の結果共鳴(Δ粒子)の生成がどれくらいの頻度で起こるかなどを計算し、世界中で開発されるJQMDのライバルコードと比較を行った。その結果JQMDは他のコードと遜色ない計算精度を発揮することを明らかにできた。

研究成果

• [国際共同研究] ウイーン工科大学(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: ウイーン工科大学
• [雑誌論文] Comparison of heavy-ion transport simulations: Collision integral in a box (2018)
  • 著者名/発表者名: Yong-Jia Wang, Maria Colonna, Pawel Danielewicz, Akira Ono, Manyee Betty Tsang, Hermann Wolter, Jun Xu, Lie-Wen Chen, Dan Cozma, Zhao-Qing Feng, Subal Das Gupta, Natsumi Ikeno, Che-Ming Ko, Bao-An Li, Qing-Feng Li, Zhu-Xia Li, Swagata Mallik, Yasushi Nara, Tatsuhiko Ogawa, Akira Ohnishi, Dmytro Oliinychenko, et al
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW C 巻: 97 ページ: 034625
  • DOI: doi.org/10.1103/PhysRevC.97.034625
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Integrated simulation of fragmentation, evaporation, and gamma-decay processes in the interaction of cosmic-ray heavy ions with the atmosphere using PHITS (2018)
  • 著者名/発表者名: T.Ogawa, S.Hashimoto, T.Sato, K.Niita, T.Kamae
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [学会発表] 高エネルギー重イオン核反応モデルJAMQMD Ver.2の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小川達彦，橋本 慎太郎，佐藤 達彦, 仁井田浩二
  • 学会等名: 原子力学会2017年秋の大会
• [学会発表] Integrated simulation of fragmentation, evaporation, and gamma-decay processes in the interaction of cosmic-ray heavy ions with the atmosphere using PHITS (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Ogawa, S.Hashimoto, T.Sato, K.Niita, T.Kamae
  • 学会等名: International Conference of Particle Physics and Astrophysics
  • 国際学会
• [備考] PHITS公式ウェブサイト
  • URL: http://phits.jaea.go.jp/indexj.html