[論文レビュー] Extension of the LAQGSM03.01 Code to Describe Photo-Nuclear Reactions up to Tens of GeV

K. K. Gudima, S. G. Mashnik|ArXiv.org|Jul 6, 2006

Nuclear Physics and Applications被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、LAQGSM03.01コードに56の新しいγpおよびγn反応チャネルを組み込むことで、10 GeV未満の高エネルギー領域における光核反応をモデル化するように拡張した。これにより、高エネルギー光子誘発反応の正確なシミュレーションが可能になった。拡張されたモデルは、質量生成率や運動量分布を含む複数の反応で実験データと良好な一致を示し、パrameterの再フィッティングなしに実現されており、単一のイベントジェネレータでこれらの高エネルギーデータを初めて成功裏に記述したことを示している。

ABSTRACT

The Los Alamos version of the Quark-Gluon String Model implemented in the code LAQGSM03 was extended to describe photonuclear reactions at energies up to tens of GeV. We have incorporated 56 channels to consider gamma+p elementary interactions during the cascade stage of reactions and 56 channels for gamma+n interactions, in addition to absorption of photons on two-nucleon pairs, into LAQGSM03 and have tested the extended code referred to as LAQGSM03.01 on a number of measured high-energy photonuclear reactions. Here, we present the photonuclear reaction model of LAQGSM03.01 and show examples of its results compared with available experimental data.

研究の動機と目的

• LAQGSM03.01コードを1.5 GeVを超えるエネルギー領域における光核反応を記述できるように拡張すること。
• モスクワ高エネルギー光核反応モデルから得た高エネルギーγpおよびγn基本的反応チャネルをLAQGSM03.01に統合すること。
• 核エネルギー、宇宙線放射、加速器施設応用分野における高エネルギー光核反応の正確なシミュレーションを可能にすること。
• 利用可能な高エネルギー実験データ（粒子生成率、運動量分布、核種生成スペクトルなど）と比較して、拡張モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• LAQGSM03.01に56の新しいγpおよびγn反応チャネルを統合し、エネルギー範囲を10 GeV未満まで拡張した。
• モスクワ光核反応モデルの高エネルギーイベントジェネレータを採用し、独自の補間法および角度分布アルゴリズムを適用した。
• 各チャネルについて、反応角度および断面積を決定するための1つの乱数を用いたモンテカルロサンプリングを実装した。
• チャネル #1～14については、実験データからの部分断面積および微分分布の滑らかな近似を用いた。
• 一様な乱数変量を用いてdσ/dΩをシミュレートし、散乱角Θを選択するための独立したルーチンを開発した。
• 拡張されたカスケードモデルを、既存の蒸発/裂変/断片化モデル（GEM2、GEMINI、SMM）と組み合わせ、完全な反応連鎖シミュレーションを実現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LAQGSM03.01コードは、1.5 GeVの上限を超える10 GeV未満のエネルギー領域における光核反応を正確に記述できるか？
• RQ2 新たに統合されたγpおよびγn反応チャネルは、粒子生成率、運動量分布、核種生成に関する実験データをどれほど正確に再現するか？
• RQ3 パrameterの再フィッティングなしに、高エネルギー実験データと比較して、拡張モデルの精度は維持されるか？
• RQ4 核種ごとの生成率とZ平均分布を比較した場合、モデルの性能はどの程度向上するか？
• RQ5 LAQGSM03.01は、MCNP6およびMARSのような輸送コードで、現実的な標的幾何形状および核種組成を用いて高エネルギー光核反応をシミュレートできるか？

主な発見

• 拡張されたLAQGSM03.01モデルは、6 GeVまでの高エネルギー光核反応を成功裏に記述でき、計算値と実験値との間で質量生成率、運動量分布、およびR=F/B比において良好な一致を示した。
• 238Uに対する6 GeVのブレムストラール光子入射では、図7に示すように、測定された核種質量分布を高い忠実度で再現した。
• 核種ごとの比較（図6）では、データと計算値の一致が向上したが、実験的仮定や標的厚さの差異の影響で一部の不一致が残存した。
• パrameterの再フィッティングなしに、複数の反応で実験データと妥当な一致を達成しており、モデルの強靭性と予測能力を示している。
• LAQGSM03.01は現在MARSに統合されており、MCNP6およびMCNPXへの統合が進行中であり、複雑な輸送シミュレーションにおけるイベントジェネレータとしての利用が可能になった。
• 著者らの知る限り、これまでに同程度の一貫性をもって高エネルギー光核反応データを再現したモデルやコードは存在せず、本研究はこのエネルギー領域で初めての成功例を記録した。