[論文レビュー] Benchmarking Ten Codes Against the Recent GSI Measurements of the Nuclide Yields from 208Pb, 197Au, and 238U + p Reactions at 1 GeV/nucleon

S. G. Mashnik, R. E. Prael+5 more|ArXiv.org|Aug 30, 2002

Nuclear physics research studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、1 GeV/nucleonの陽子照射下における208Pb、197Au、238UのGSIからの核種生成断面積実験データを基準として、LAHET、CEM、CASCADE、YIELDX、HETC、INUCLの10種類の核反応シミュレーションコードをベンチマークした。コードは近接スパラーション領域では合理的な一致を示すが、深部スパラーションおよび核分裂領域では顕著な不一致を示しており、加速器駆動系の設計における信頼性を高めるための大幅な改善が求められることを示している。

ABSTRACT

A qualitative and quantitative comparison of the recent GSI measurements of the nuclide yields from 208Pb and 238U at 1 GeV/nucleon and 197Au at 800 MeV/nucleon interactions with protons with the codes LAHET (with both ISABEL and Bertini options), CEM95, CEM97, CEM2k, CASCADE, CASCADE/INPE, YIELDX, HETC, and INUCL is presented. The predictive power of these codes is reasonable for nuclides in the near spallation region but is worse for deep spallation and much worse in the fission region. None of these codes agree well with the data in the whole mass region of product nuclides and all must be improved to become reliable tools for accelerator-driven applications.

研究の動機と目的

• GSIの最新の高エネルギー実験データを基準として、10種類の核反応シミュレーションコードの予測精度を評価すること。
• 異なる標的素材および質量領域におけるモデル予測と測定核種生成断面積との間の系統的差異を特定すること。
• 特にスパラーションおよび核分裂生成物生成断面積の予測において、加速器駆動系への応用におけるこれらのコードの信頼性を評価すること。

提案手法

• LAHET（ISABELおよびBertini）、CEM95、CEM97、CEM2k、CASCADE、CASCADE/INPE、YIELDX、HETC、INUCLの10コードによるシミュレート核種生成断面積を、GSIの実験データと比較した。
• 1 GeV/nucleonの陽子照射下における208Pb、197Au、238U標的からの実験データを用いた。
• 核種生成断面積の性能を、近接スパラーション、深部スパラーション、核分裂生成物の3つの質量領域にわたり評価した。
• 特に重元素および核分裂生成物領域における生成断面積予測の不一致を、定性的および定量的に分析した。
• 全核種スケールにわたるコードの正確性を評価するため、標準化および統計的比較手法を適用した。
• 特定の質量および原子番号範囲において一貫した過小または過大予測の傾向を同定することに焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10種類の核反応コードは、1 GeV/nucleonの陽子照射下における208Pb、197Au、238Uからの実験的核種生成断面積をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 近接スパラーション、深部スパラーション、核分裂生成物のどの質量領域で、コードの予測値と実験データとの間の偏差が最大になるか？
• RQ3 アクチニドや超ウラン元素のような特定の核種領域において、一貫した過小または過大予測が見られるか？
• RQ4 同一コードの異なるバージョン（例：CEM95、CEM97、CEM2k）では、予測精度がどの程度向上するか？
• RQ5 GSIの測定値との整合性を踏まえると、これらのコードは加速器駆動系設計の信頼できるツールと見なせるか？

主な発見

• コードは、特に軽元素および中程度質量核種の近接スパラーション領域では、合理的な予測能力を示している。
• 深部スパラーション生成物の予測では、実験データから顕著に乖離しており、この領域での性能が著しく低いことが示された。
• すべてのコードが核分裂領域の生成断面積を正確に再現できず、複数の核種で一貫した過小または過大予測が見られた。
• 全質量範囲にわたる生成核種の予測において、どのコードの予測値とも満足できる一致が得られず、改善の必要性が顕著に浮き彫りになった。
• LAHETのBertiniオプションは、ISABELに比べて一部の領域でわずかに優れた性能を示したが、いずれのコードも全領域で実験データと一致しなかった。
• 本研究は、加速器駆動系応用の信頼できるツールとして使用するためには、すべてのコードを大幅に改善する必要があると結論づけた。