[論文レビュー] Merging the CEM2K and LAQGSM Codes with GEM2 to Describe Fission and Light-fragment Production

S. G. Mashnik, K.K. Gudima+1 more|ArXiv.org|Apr 3, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、CEM2k および LAQGSM コードに古畑の GEM2 モデルを統合することで、核反応における核分裂および軽い生成物の生成を改善した。拡張されたモデルは、核分裂生成物の核種分配、軽粒子のスペクトル、および重い生成物の放出をよりよく記述するが、特に 208Pb に対する陽子およびドゥーテロン誘発反応において、核分裂および蒸発モデルの完全な信頼性と自己整合性を確保するには、GEM2 の現在の定式化に大幅な改善が必要である。

ABSTRACT

We present the current status of the improved Cascade-Exciton Model (CEM) code CEM2k and of the Los Alamos version of the Quark-Gluon String Model code LAQGSM. To describe fission and light-fragment (heavier than He4) production, both CEM2k and LAQGSM have been merged with the GEM2 code of Furihata. We present some results on proton- and deuteron-induced spallation, fission, and fragmentation reactions predicted by these extended versions of CEM2k and LAQGSM. We show that merging CEM2k and LAQGSM with GEM2 allows us to describe many fission and fragmentation reactions in addition to the spallation reactions which are already relatively well described. Nevertheless, the standard version of GEM2 does not provide a completely satisfactory description of complex particle spectra, heavy-fragment emission, and spallation yields, and is not yet a reliable tool for applications. We conclude that we may choose to use a model similar to the GEM2 approach in our codes, but it must be significantly extended and further improved. We observe that it is not sufficient to analyze only A and Z distributions of the product yields when evaluating this type of model, as is often done in the literature; instead it is important to study all the separate isotopic yields as well as the spectra of light particles and fragments.

研究の動機と目的

• CEM2k および LAQGSM コードを、ヘリウム-4 よりも重い複雑な生成物の核分裂および放出をシミュレートできるように拡張すること。
• 元来の CEM2k および LAQGSM が核分裂生成物の放出およびその後の蒸発を無視しているという制限を是正すること。
• 高エネルギー反応における核種分配、軽粒子スペクトル、および重い生成物の放出の記述を改善すること。
• CEM2k および LAQGSM に結合された GEM2 が、核分裂および蒸発モデルとしての性能を評価すること。
• GEM2 の現在の定式化における欠陥を特定し、今後のモデル開発のための改善策を提案すること。

提案手法

• 核内カスケードおよび平衡状態に達する前の段階の後、核分裂および粒子・生成物の蒸発をモデル化するため、CEM2k および LAQGSM コードに一般化蒸発モデル（GEM2）を統合する。
• 三段階反応モデルを用いる：核内カスケード（INC）、修正版エキシトンモデル（MEM）による平衡状態に達する前の崩壊、および GEM2 を用いた平衡状態の蒸発。
• 正確な運動量・エネルギー保存、実際の結合エネルギー、反動補正を含む、改良された核物性パラメータを CEM2k に適用する。
• GEM2 を用いて、励起状態の複合核から最大 66 個の粒子の蒸発をシミュレートし、核分裂生成物を含む。
• GSI が提供する 1 GeV/核子の 208Pb + p および d 反応の実験データと、統合モデルを照合する。
• 平衡状態に達する前の粒子放出を含む・含まない場合を比較し、ヴェゼルスキーの手法に基づく平衡状態に達する前の粒子放出の低減を適用して過剰予測を是正する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CEM2k および LAQGSM を GEM2 と統合することで、核反応における核分裂および軽い生成物の生成の記述が改善されるか？
• RQ2 CEM2k における平衡状態に達する前の粒子放出は、核種分配および軽い生成物スペクトルの予測にどのように影響するか？
• RQ3 GEM2 は、高エネルギー反応における核分裂および蒸発をモデル化する上で自己整合的かつ信頼性のあるフレームワークを提供するか？
• RQ4 核分裂および複雑な生成物の放出に応用された現在の GEM2 モデルの限界は何か？
• RQ5 GEM2、GEMINI、ステパノフの熱力学的核分裂モデルは、核分裂および断片化生成物の予測においてどのように比較されるか？

主な発見

• CEM2k+GEM2 および LAQGSM+GEM2 の統合モデルは、平衡状態に達する前の放出を無視するモデルと比較して、核分裂および断片化生成物の実験データとの一致が向上している。
• 平衡状態に達する前の放出を含めるとデータとの一致が向上するが、標準的な CEM2k バージョンは、特にπ粒子生成閾値を超えた領域で、平衡状態に達する前の粒子放出を過剰に予測している。
• 現在の GEM2 バージョンは自己整合的ではなく、粒子種別および複合核別に異なる経験的パラメータ化を用いて逆断面積、クーロン障壁、および準位密度パラメータを定義している。
• GEM2 は核分裂中の角運動量を考慮しておらず、核分裂障壁および準位密度パラメータについても、物理的に妥当でない粗い推定値を用いている。
• 本研究では、A および Z の分布のみを分析するのでは不十分であり、適切なモデル評価のためには、詳細な核種分配および軽粒子スペクトルの分析が必要であると判明した。
• 予備的な結果から、GEMINI やステパノフの熱力学的核分裂モデルのような代替モデルが有望であることが示唆されており、CEM2k および LAQGSM 内で新たな核分裂モデルの開発が進行中である。