H(n,n)H 反応標準中性子断面積

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作成： 2000/1/16 山内　良麿データ番号　　　：040163 H(n,n)H 反応標準中性子断面積目的　　　　　　：H(n,n)H 反応標準中性子断面積の測定とその応用放射線の種別　　：陽子,中性子放射線源　　　　：サイクロトロン(75MeV,10μA), サイクロトロン(200MeV, 10μA) 利用施設名　　　：ウプサラ大学サイクロトロン、ルーヴァン核物理研究所サイクロトロン、カールスルーエ研究所サイクロトロン照射条件　　　　：真空中応用分野　　　　：核物理、核融合技術、中性子計測、核医学概要　　　　　　：　¹H(n,n)¹H 反応の断面積は、標準断面積として広く利用されると共に、核子ー核子相互作用に関する有力な情報を与える点で大変重要である。この反応断面積の測定の現状と位相のずれによる解析に基づく理論計算結果について述べる。詳細説明　　　　：　¹H(n,n)¹H反応の断面積は、ほとんどの中性子断面積の測定の際に標準断面積として使用され、極めて重要な断面積である。¹H(n,n)¹H反応は陽子に対する中性子の散乱であり、n-p散乱と呼ばれる。100keVから30MeVのn-p散乱断面積と偏極は、エール大学と LRL　(Lawrence Radiation Laboratory)のそれぞれのグループによって、数100MeV までのp(陽子)-p(陽子)散乱とn-p散乱データを基にした位相ずれによる解析から得られている。またエール大学およびLRLのそれぞれの位相のずれを用いたルジャンドル多項式によるn-p散乱微分断面積 σ(θ)=C₀+C₁P₁+C₂P₂+C₃P₃+C₄P₄ mb/sr の係数C₀からC₄まで、および全断面積が表にまとめられ、このエネルギー領域の標準断面積として広く利用されている。　これより高いエネルギー領域では、ルーヴァン核物理研究所のS.Benckらが n-p散乱断面積が核物理において標準断面積として使用され、また理論模型との比較から核子ー核子ポテンシャルの情報が得られることを考慮して、28-75MeVのエネルギー範囲で n-p散乱の微分断面積を測定した。n-p散乱の測定では、散乱される中性子ではなく、反跳する陽子を検出する方法が一般的である。ここでは反跳する陽子をエネルギーロスを測るΔE検出器とエネルギーを測るE検出器で検出し断面積を求めた。　図1に中性子エネルギーに対するn-p散乱の微分断面積を示す。図1　Experimental differential cross sections (points) vs. incident neutron energy compared with the predictions of the Bonn potential [17] (continuous line). Other experimental points are from Ref. [1](circles) and from Ref. [3] (open triangles). For some of the experimental values the errors are the same size as the points.　Ref.は原論文2を参照. （原論文2より引用。　Reproduced from Nucl. Phys., A vol.615, 220 (1997), S.Benck, I.Slypen, V.Corcalciuc, J.P.Meulders: Neutron-proton differential cross section measurements for E_n from 28 to 7, Figure 4 (Data source 2, pp.227), Copyright (1997), with permission from Elsevier Science.）　また、カールスルーエ研究所のG.Finkらは、n-p散乱のデータベースはまだ小規模で、精度も十分ではないことから、22から50MeV までのエネルギーで、75゜-165゜(c.m.)の角度範囲の n-p散乱の微分断面積を測定した。BonnポテンシャルとParisポテンシャルに基づく位相のずれによる解析を行い、核子ー核子ポテンシャルに関する情報を得た。図2にこの実験で得られたn-p散乱断面積を示す。図2　Measured np differential cross sections of this experiment. The curves are the results of our phase-shift analyses. （原論文3より引用。　Reproduced from Nucl. Phys., A, vol.518, 561 (1990), G.Fink et al.,: Neutron-proton differential cross section measurements for E_n from 28 to 7, Figure 3 (Data source 3, pp.566), Copyright (1990), with permission from Elsevier Science.）　より一層高いエネルギー領域では、エネルギーに依存するn-p散乱断面積の350MeVまでの計算値が、ヴァージニア工科大学のグループによって位相のずれによる解析から得られている。実験データとしてはウプサラ大学のT.Ronnqvistらが、96MeVにおいて116゜から180゜の角度範囲で n-p散乱の微分断面積を測定している。この実験では4個のドリフトチェンバーと ΔE-E 検出器を組み合わせた大立体角の荷電粒子検出器系を使い、最初の2つのドリフトチェンバーで粒子の散乱角度を検知し、広い角度範囲での測定が一度に可能な極めて能率の良い精密測定を行っている。　図3に96MeVで得られたn-p散乱微分断面積を示す。図3で明らかなように150゜-180゜の範囲では得られた微分断面積が他の実験値より大きい値を示す。また、位相のずれによる計算を行って、計算値に対する実験値の比を取ると、この角度範囲ではその比は1.0より大きく、この比は角度の増大と共に大きくなる。そこで後方角度で実験値と理論値との差に敏感に影響を与える位相のずれパラメーターを見つけるために、アイソスピン1重状態(T=0)で全角運動量J≦4の各々の位相のずれパラメーターを一つ一つ変化させて位相のずれによる計算値がどう変わるかを調べた。その結果、位相のずれパラメーターδ(¹F₃) は後方角度でのみ断面積の計算値に強く影響すること、δ(³G₃)とδ(³G₄)は前方角度と後方角度の両方で断面積の計算値に影響することがわかった。今後前方角度での精密な実験データが得られるならば、軌道角運動量 L=3 と L=4 のアイソスピン1重状態の位相のずれからの寄与を識別できる。このように、精密な実験データはより信頼できる正確な標準断面積を提供し、また核子ー核子相互作用についてのより詳しい情報を与える。その結果、散乱断面積の計算値の精度が向上してより確かな予測に役立つので、今後精密な実験データの充実が望まれる。図3　The n-p differential cross section determined in this work. The line represents a Legendre polynomial fit to the new data. Data from earlier measurements at Harwell and Harvard are also shown. （原論文4より引用。　Reprinted, with permission, from T.Ronnqvist et al., Phys. Rev., vol.45 (2) R496 (1992), Figure 2 (Data source 4, pp.45), Copyright (1992) by the American Physical Society.）コメント　　　　：　n-p散乱実験のデータベースが充実されつつあるが、実験データのないところでは理論計算が必要になる。この理論計算は概略の散乱断面積を算出することができるが、個々のエネルギーでの特異な断面積の性質を再現することは今のところ難しい。理論計算の結果を利用する場合にはその精度について十分考慮する必要がある。原論文１ Data source 1： The ¹H(n,n)¹H Scattering Observables Required for High Precision Fast Neutron Measure,ents J.C.Hopkins and G.Breit^*⁾ Los Alamos Scientific Laboratory, University of California, Los Alamos, N.M. 87544; *)State University of New York, Buffalo, N.Y. 14214 Nuclear Data Tables, A9 (1971) 137-145 原論文２ Data source 2： Neutron-proton differential cross section measurements for E_n from 28 to 75MeV S.Benck, I.Slypen, V.Corcalciuc, J.P.Meulders Institut de Physique Nucleaire, Chemin du Cyclotron 2, B-1348, Louvain-la-Neuve, Belgium Nuclear Physics, A615 (1997) 220-228 原論文３ Data source 3： Neutron-proton differential cross section measurements for E_n from 28 to 7 G.Fink, P.Doll, T.D.Ford, R.Garrett, W.Heeringa, K.Hofmann, H.O.Klages and H.Krupp Kernforschungszentrum Karlsruhe, Institut fur Kernphysik I, Postfach 3640, D-7500 Karlsruhe, Fed. Rep. Germany Nuclear Physics, A518 (1990) 561-571 原論文４ Data source 4： Backward angle n-p differential cross section at 96 MeV T.Ronnqvist, H.Conde, N.Olsson, R.Zorro, J.Blomgren^*⁾, G.Tibell^*⁾, O.Jonsson²^*⁾, L.Nilsson²^*⁾, P.-U.Renberg²^*⁾, and S.Y.van der Werf³^*⁾ Department of Neutron Research, Uppsala University, Box 535, S-75121 Uppsala, Sweden; *)Department of Radiation Science, Uppsala University, Box 535, S-75121 Uppsala, Sweden; 2*)The Svedberg Laboratory, Uppsala University, Box 535, S-75121 Uppsala, Sweden; 3*)Kernfysisch Versneller Institut, Zernikelaan 25, 9747 AA Groningen, The Netherlands Physical Review, C, 45 (1992) R496-R499 キーワード：中性子断面積、標準断面積、n-p 散乱断面積、位相のずれによる解析、核子ー核子相互作用 neutron cross section, standards, n-p scattering cross section, phase shift analysis, nucleon-nucleon interaction 分類コード：040101, 040103, 040301
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