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Measurement of thick target neutron energy spectra at 15$$^{circ}$$ and 90$$^{circ}$$ bombarded with 120-GeV protons

120GeV陽子入射による15度及び90度方向における厚いターゲットからの中性子エネルギースペクトルの測定

岩元 洋介; 佐波 俊哉*; 梶本 剛*; 執行 信寛*; 萩原 雅之*; Lee, H. S.*; Soha, A.*; Ramberg, E.*; Coleman, R.*; Jensen, D.*; Leveling, A.*; Mokhov, N.*; Boehnlein, D.*; Vaziri, K.*; 坂本 幸夫; 中島 宏

Iwamoto, Yosuke; Sanami, Toshiya*; Kajimoto, Tsuyoshi*; Shigyo, Nobuhiro*; Hagiwara, Masayuki*; Lee, H. S.*; Soha, A.*; Ramberg, E.*; Coleman, R.*; Jensen, D.*; Leveling, A.*; Mokhov, N.*; Boehnlein, D.*; Vaziri, K.*; Sakamoto, Yukio; Nakashima, Hiroshi

PHITSコードを含むシミュレーション計算コードの検証のために、米国フェルミ国立加速器研究所のFermilab Test Beam Facility(FTBF)において120GeV陽子入射で60cm厚さのグラファイト,50cm厚さのアルミニウム,20, 40, 60cm厚さの銅,10cm厚さのタングステンのターゲットから生成される中性子エネルギースペクトルの測定を行った。検出器には直径,厚さが12.7cmの液体有機シンチレータNE213を使用し、飛行時間法を用いて中性子エネルギーを導出した。中性子飛行距離を測定角度により5.0-8.0mとした。中性子検出器に付属する高電子増倍管からの生信号(波形)を500nsの時間幅,0.5nsサンプリングでデジタイザー(Agilent-acqiris DC282)を用いて取得した。大強度の入射陽子ビームによる数え落とし補正のために、ビームライン上に設置したプラスチックシンチレータと中性子検出器からの波形の相関を解析した。以上の結果、120GeVの超高エネルギー陽子入射核反応から生成する系統的な中性子エネルギースペクトルを初めて得ることができた。

Neutron energy spectra at 15$$^{circ}$$ and 90$$^{circ}$$ produced from carbon, aluminum, copper and tungsten targets bombarded with 120-GeV protons were measured at Fermilab Test Beam Facility (FTBF) for the validation of simulation codes. The target thicknesses were 60 cm for graphite, 50 cm for aluminum, 20, 40, and 60 cm for copper and 10 cm for tungsten, respectively. The neutron time-of-flight measurements were performed using an NE213 organic liquid scintillator at 5.2 m for 90$$^{circ}$$ and 8.0 m for 15$$^{circ}$$ measuring from the center of the target to the surface of the detector. The raw signals (waveforms) obtained from photomultiplier tubes were recorded using the 10 bit digitizer (Agilent-acqiris DC282) with 0.5 ns sampling and 500 ns duration. To compare the experimental results, Monte Carlo calculations with the PHITS, MARS and FLUKA codes were performed. It was found that these calculated results underestimate the experimental results in the whole energy range.

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