[論文レビュー] Proton-Induced Fission Cross Section Calculation with the LANL Codes CEM2K+GEM2 and LAQGSM+GEM2

M.I. Baznat, K.K. Gudima+1 more|ArXiv.org|Jul 2, 2003

Nuclear physics research studies参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、20 MeV から 10 GeV のエネルギー範囲で、副アクチニドおよびアクチニド標的における陽子誘発崩壊断面積を高精度に計算するように改良された CEM2k+GEM2 および LAQGSM+GEM2 コードを提示する。前アクチニドには $ C_a $、アクチニドには $ C_c $ の2つの調整可能なパラメータを導入することで、広いエネルギー範囲および標的範囲で実験データと優れた一致を達成し、さらには中性子、パイオニウム、光子誘発反応への外挿も、追加のフィッティングなしに成功している。

ABSTRACT

The improved Cascade-Exciton Model code CEM2k and the Los Alamos version of the Quark-Gluon String Model code LAQGSM, previously merged with the Generalized Evaporation Model code of Furihata (GEM2) were further modified to provide reliable proton-induced fission cross sections for applications. By adjusting two parameters in GEM2 for each measured reaction, we were able to describe very well with CEM2k+GEM2 and LAQGSM+GEM2 all available experimental fission cross sections induced by protons with energies from 20 MeV to 10 GeV both for subactinide and actinide targets. We also successfully tested our approach on several reactions induced by neutrons, pions, and photons.

研究の動機と目的

• CEM2k および LAQGSM コードの改良により、20 MeV から 10 GeV の広いエネルギー範囲で陽子誘発崩壊断面積を信頼性高く予測すること。
• CEM2k や LAQGSM と組み合わせた際、GEM2 が内部核クラスター衝突および事平衡放出の違いにより崩壊を正しくモデル化できないという問題を解決すること。
• Prokofiev の系統的データを用いて、前アクチニド用の $ C_a $ およびアクチニド用の $ C_c $ の2つの主要パラメータを調整することで、GEM2 の崩壊モデルをキャリブレーションすること。
• フィッティング手順の妥当性を確認するため、中性子、パイオニウム、光子誘発反応に対して再フィッティングなしにモデルを検証すること。
• 滑らかに変化するフィッティングパラメータを用いて、元のデータセットを超える核種およびエネルギー範囲での信頼性の高い内挿および外挿を可能にすること。

提案手法

• GEM2 崩壊モデルに、レベル密度パラメータ $ a_f $ および半経験的 $ C(Z) $ パラメータのスケーリング係数 $ C_a $ および $ C_c $ を導入し、改良した。
• CEM2k+GEM2 および LAQGSM+GEM2 の両方について、209Bi+p および 232Th+p 反応の Prokofiev の系統的実験データを用いて、$ C_a $ および $ C_c $ を独立にフィッティングした。
• 元の Atchison 崩壊モデルの構造を維持したが、固定された $ a_f $ および $ C(Z) $ 値をそれぞれ $ C_a imes a_f $ および $ C_c imes C(Z) $ に置き換えた。
• 標的質量数 $ A $、原子番号 $ Z $、および入射エネルギーに応じて滑らかに変化する $ C_a $ および $ C_c $ の値に基づく補間ルーチンを用い、フィッティング済みデータ範囲を超える予測を拡張した。
• 再フィッティングなしに中性子、パイオニウム、光子誘発崩壊反応に対してモデルを検証し、キャリブレーション済みパラメータの汎用性を示した。
• 中性子幅には Weisskopf-Ewing 統計モデル、崩壊および蒸発チャネルのレベル密度には Dostrovsky の逆断面積近似を採用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CEM2k+GEM2 および LAQGSM+GEM2 コードは、20 MeV から 10 GeV の範囲で実験的陽子誘発崩壊断面積を的確に再現できるように効果的に改良可能か？
• RQ2 元の CEM2k+GEM2 および LAQGSM+GEM2 コードは、GEM2 を非-Bertini 内部核クラスター衝突と組み合わせた場合、なぜ崩壊断面積を正しく記述できないのか？
• RQ3 前アクチニドおよびアクチニド標的に対応する、崩壊断面積を正確に再現できる最適なスケーリングパラメータ $ C_a $ および $ C_c $ の値は何か？
• RQ4 キャリブレーション済みパラメータ $ C_a $ および $ C_c $ は、元のデータセットの外側の核種およびエネルギー範囲に対しても、どの程度信頼性高く内挿または外挿に使用可能か？
• RQ5 中性子、パイオニウム、光子などの陽子以外の入射粒子による崩壊反応に対しても、キャリブレーション済みモデルは精度を維持するか？

主な発見

• $ C_a $ および $ C_c $ をフィッティングした後、CEM2k+GEM2 および LAQGSM+GEM2 コードは、副アクチニドおよびアクチニド標的に対し、20 MeV から 10 GeV の範囲で入手可能なすべての実験的陽子誘発崩壊断面積を高い精度で再現した。
• 前アクチニドの $ C_a $ 値は1に近く、標的の $ Z $、$ A $、および入射エネルギーに応じて滑らかに変化するため、信頼性の高い内挿および外挿が可能である。
• アクチニドでは $ C_a $ は1に近いまま維持され、$ C_c $ 値はより広範に変動するが、依然として $ Z $ およびエネルギーに応じて滑らかに変化するため、外挿の堅牢性が保証されている。
• Prokofiev の系統的データから導出された値 $ C_{a1} = -27.74 $、$ C_{a2} = 0.9906 $、$ C_{a3} = 25.83 $、$ C_{a4} = -0.6567 $、$ C_{c1} = -45.80 $、$ C_{c2} = 1.227 $、$ C_{c3} = -10.95 $、$ C_{c4} = 0.2320 $ が補間関数の定義に用いられた。
• 再フィッティングなしに中性子、パイオニウム、光子誘発崩壊断面積を成功裏に記述でき、キャリブレーション済みパラメータの物理的整合性が裏付けられた。
• LAQGSM+GEM2 および CEM2k+GEM2 コードはほぼ同一の結果を生じ、異なる高エネルギーモデル間でもフィッティング手順の堅牢性が確認された。