[논문 리뷰] Analysis of Intermediate-Energy Nucleus-Nucleus Spallation, Fission, and Fragmentation Reactions with the LAQGSM code

S. G. Mashnik, K. K. Gudima외 2명|ArXiv.org|2003. 08. 14.

Nuclear reactor physics and engineering인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 중간 에너지 핵-핵 반응을 위한 몬테카를로 이벤트 생성기인 LAQGSM 코드를 제시한다. 이 코드는 사전 평형 붕괴를 위한 내부핵 캐스케이드와 수정된 응축모델, 고에너지 상호작용을 위한 쿼크-글루온 스트링 모델을 통합한다. 이는 탄소에서 lead 타겟에 이르는 95–600 MeV/nucleon 반응에서 중성자 스펙트럼과 영향 물질의 수율을 성공적으로 재현하며, 1 GeV/nucleon 이하에서의 분할, 핵분열, 분해 반응의 단면적을 실험 데이터와 강한 일치를 보이며, 매개변수 피팅 없이도 성능을 입증한다.

ABSTRACT

The LAQGSM code has been recently developed at Los Alamos National Laboratory to simulate nuclear reactions for proton radiography applications. We have benchmarked our code against most available measured data both for proton-nucleus and nucleus-nucleus interactions at incident energies from 10 MeV to 800 GeV and have compared our results with predictions of other current models used by the nuclear community. Here, we present a brief description of our code and show illustrative results obtained with LAQGSM for neutron spectra measured recently by Nakamura's groups for reactions induced by light and medium nuclei on targets from C to Pb at several incident energies from 95 to 600 MeV/nucleon and with the recent GSI measurements of spallation, fission, and fragmentation yields from A+p and A+A reactions at incident energies near and below 1 GeV/nucleon. Further necessary work is outlined.

연구 동기 및 목표

• 넓은 에너지 범위에서 중간 에너지 핵-핵 반응을 시뮬레이션하기 위한 LAQGSM 코드의 개발 및 검증.
• 탄소에서 208Pb까지의 타겟에 대해 경량 및 중간 핵에서의 중성자 스펙트럼과 영향 물질 수율에 대한 실험 데이터와의 비교를 통한 LAQGSM의 벤치마킹.
• 특히 분할, 핵분열, 분해 반응에 대해 다른 모델과의 비교를 통해 LAQGSM의 예측 능력 평가.
• 현재 버전에서의 각운동량 및 전자기적 핵분열 부족과 같은 제약 사항을 규명하고, 향후 코드 개선 방향을 제시.

제안 방법

• LAQGSM은 CEM2k의 모듈을 사용하여 핵반응의 사전 평형 및 증발 단계를 모델링한다.
• 고에너지 상호작용을 위해 1 TeV/nucleon까지의 쿼크-글루온 스트링 모델(QGSM)을 통합하며, 캐스케이드 역학과 경량 이온의 최종 상태 응집을 포함한다.
• 이벤트별 정확한 운동량-에너지 보존을 적용하고, 방출 계산에서 실제 결합 에너지와 감소된 환산 질량을 사용한다.
• 영향 물질 및 핵분열 수율은 LAQGSM을 GEM2 증발 모델과 융합하여 향상시키고, GSI 및 나카무라 그룹의 데이터와 비교 테스트한다.
• 캐스케이드 및 사전 평형 단계 동안 수준 밀도 파ameters, 핵분열 장벽, 파울리 금지 원칙의 개선된 처리를 포함한다.
• 저수율, 중성자 농도가 높은 뉴클리드를 위한 통계적 샘플링을 조정한 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 이벤트 단위 반응 결과를 생성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LAQGSM은 탄소에서 208Pb 타겟에 대해 95–600 MeV/nucleon 범위의 핵-핵 반응에서 측정된 중성자 스펙트럼을 얼마나 정확하게 재현하는가?
• RQ2 LAQGSM+GEM2는 다양한 입사 에너지와 타겟-탄도 조합에서 전체 영향 물질 수율, 특히 핵분열 및 분할 생성물을 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ3 1 GeV/nucleon 238U + 208Pb 핵분열에서 질량 분포를 재현하지 못하는 이유는 무엇이며, 이 격리의 원인에 기여하는 물리적 요인은 무엇인가?
• RQ4 현재 LAQGSM과 GEM2의 제약, 특히 각운동량 부족과 전자기적 핵분열 누락으로 인해 무거운 이온 시스템의 예측에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ5 LAQGSM+GEM2의 결과가 프로젝틸 분해에 대해 탈착-탈착 모델 및 QMD 시뮬레이션과 비교해 어떻게 다를까?

주요 결과

• LAQGSM+GEM2는 탄소에서 208Pb 타겟에 대해 95–600 MeV/nucleon 범위에서 측정된 중성자 스펙트럼을 양호한 일치로 재현하며, 특히 경량 및 중간 핵에서 뛰어난 성능을 보인다.
• 12C 타겟에 대해 17–21O 비드를 사용한 경우, 실험적 단면적(Zf 및 Af 분포)과 일치하는 영향 물질 수율을 성공적으로 기술하며, 측정되지 않은 이sov의 예측도 가능하다.
• 950 MeV/nucleon 238U + 64Cu 반응에서 LAQGSM+GEM2는 6개 옥타드에 걸친 모든 측정된 생성물 단면적을 재현하며, 매우 중성자 농도가 높은 뉴클리드에 대해 약간의 과대 예측이 있었지만, 통계적 수치가 낮기 때문일 가능성이 높다.
• 1 GeV/nucleon 208Pb + 64Cu 반응에서 LAQGSM+GEM2는 넓은 범위의 영향 물질에 대해 단면적을 정확히 예측하며 강한 일치를 보였다.
• 1.05 GeV/nucleon 40Ar + 9Be 반응에서 LAQGSM+GEM2는 B에서 F 이sov에 대해 실험적 단면적을 잘 재현하며, 측정되지 않은 이sov의 예측도 가능했다.
• 1 GeV/nucleon 238U + 208Pb 핵분열에서 질량 분포의 격리 원인은 현재 코드 버전에서 전자기적 핵분열 누락 및 각운동량 처리 부족 때문으로 기인된다.