[論文レビュー] Complex Particle and Light Fragment Emission in the Cascade-Exciton Model of Nuclear Reactions

S. G. Mashnik, Arnold J. Sierk+1 more|ArXiv.org|Aug 23, 2002

Nuclear physics research studies参考文献 16被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、核反応における複雑な粒子および軽い断片の放射をシミュレートするための、Cascade-Exciton Model (CEM2k) に対する顕著な改善を提示している。核分裂と蒸発モデルを統合することで、重い残余核の生成率および断片スペクトルの予測精度が向上した。拡張された CEM2k コードは、スパラーション、核分裂、および断片化反応において、実験データとの一致が向上しており、特に新しい逆断面積近似、クーロン障壁計算、および Stepanov による熱力学的核分裂モデルの導入によるものである。

ABSTRACT

A brief description of our improvements and refinements that led from the CEM95 version of the Cascade-Exciton Model (CEM) code to CEM97 and to CEM2k is given. The increased accuracy and predictive power of the code CEM2k are shown by several examples. To describe fission and light-fragment (heavier than 4He) production, the CEM2k code has been merged with the GEM2 code of Furihata. We present some results on proton-induced fragmentation and fission reactions predicted by this extended version of CEM2k. We show that merging CEM2k with GEM2 allows us to describe many fission and fragmentation reactions in addition to the spallation reactions which are already relatively well described. We have initiated another approach to describe fission, complex particles and fragment emission by developing further our CEM2k code addressing specifically these problems. In this effort, we have developed our own universal approximation for inverse cross sections, new routines to calculate Coulomb barriers and widths of emitted particles and to simulate their kinetic energy using arbitrary approximations for the inverse cross sections. To describe fission-fragment production, we have incorporated into CEM2k a thermodynamical model of fission by Stepanov. This extended version of CEM2k allows us to describe much better complex particle emission and many fission fragments, but it is still incomplete and needs further work.

研究の動機と目的

• 核反応における複雑な粒子および軽い断片の放射を予測する CEM2k コードの予測能力を向上させること。
• 従来の CEM バージョンが核分裂生成物および重い残余核を記述する点で抱える制限を解消すること。
• 核分裂および断片放射を一貫性を持ち、物理的に根拠のあるモデルとして、キャスケード・エクシタオンフレームワークに統合すること。
• さまざまな入射粒子および標的核に対して、同位体生成率、運動エネルギースペクトル、および断片分布を正確にシミュレートできること。
• 逆断面積およびクーロン障壁のための新たな物理的近似を導入することで、恣意的なパラメータに依存するのを減らすこと。

提案手法

• 新たな逆断面積近似および発射粒子のクーロン障壁と幅の計算を改善した CEM2k の拡張。
• Stepanov による熱力学的核分裂モデルを CEM2k に統合し、核分裂生成物の生成および運動エネルギー分布をシミュレート。
• Furihata の GEM2 コードと CEM2k を統合し、蒸発および核分裂プロセスをモデル化することで、複雑な粒子および断片の放射をシミュレート可能に。
• 任意の逆断面積近似およびクーロン障壁のためのルーチンを実装し、粒子の運動エネルギーをシミュレート。
• 最大66種類の粒子種（基底状態および励起状態）および最大29個の事前平衡粒子を処理できるようにコードを拡張。
• キャスケード段階で発射される高速核子からの複雑な粒子の凝集を導入し、軽い断片スペクトルの再現性を向上。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CEM2k コードは、スパラーションを越えて複雑な粒子および軽い断片の放射を正確に記述するようにどのように拡張可能か？
• RQ2 核分裂および蒸発段階の取り扱いにどのような改善が必要か、実験的断片および同位体生成率をよりよく再現できるか？
• RQ3 GEM2 および Stepanov の核分裂モデルを CEM2k に統合することで、核分裂生成物の A、Z、および運動エネルギー分布について一貫性があり改善された予測が得られるか？
• RQ4 新たな逆断面積およびクーロン障壁近似は、粒子スペクトルおよび残余核生成率の精度にどのように影響するか？
• RQ5 現在のモデルは、複雑な粒子スペクトルの尾部を記述する点でどのような限界を抱えており、それらはどのように克服できるか？

主な発見

• 拡張された CEM2k2f コードは、スパラーション、核分裂、および断片化反応を含む広範な反応範囲を、実験データとより良好に一致させることに成功した。
• Stepanov の熱力学的核分裂モデルを CEM2k に統合することで、核分裂生成物の生成および運動エネルギースペクトルの記述が顕著に向上した。
• 新たな逆断面積近似およびクーロン障壁ルーチンにより、粒子放出確率および運動エネルギーのより正確なシミュレーションが可能になった。
• コードは最大66種類の異なる粒子種および29個の事前平衡粒子をサポートしており、複雑な粒子スペクトルのモデル化能力が向上した。
• キャスケード段階における高速核子からの複雑な粒子の凝集により、軽い断片生成率の再現性が向上した。
• 改善は見られたが、Z > 88 の核に対する $C(Z)$ および軽い核分裂系に対する $a_f/a_n$ のパラメータの調整が必要であり、今後の作業が継続していることが示された。