[논문 리뷰] Analysis of the GSI A+p and A+A Spallation, Fission, and Fragmentation Measurements with the LANL CEM2k and LAQGSM codes

S. G. Mashnik, K. K. Gudima외 2명|ArXiv.org|2004. 04. 07.

Nuclear physics research studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 LANL의 CEM2k 및 LAQGSM 핵반응 코드가 GSI에서 10 MeV/A에서 1 GeV/nucleon까지의 에너지 범위에서 A+p 및 A+A 반응에서 산란, 핵분열, 분해 반응을 시뮬레이션하는 데 있어 성능을 평가한다. 실험 데이터를 바탕으로 한 분석 결과, 두 코드는 다양한 시스템에서 우수한 일치를 보이며, 특히 산란 생성물과 생성률에 대해 강력한 일치를 보인다. LAQGSM+GEM2는 대부분의 동위원소에 대해 두 배 이내의 정확도를 달성하지만, 수소 결합 메커니즘이 누락되어 있어 중성자 빈도가 높은 Rb 및 Cs 동위원소의 생성률을 과소평가한다.

ABSTRACT

The CEM2k and LAQGSM codes have been recently developed at Los Alamos National Laboratory to simulate nuclear reactions induced by particles and nuclei for a number of applications. We have benchmarked our codes against most available measured data at projectile energies from 10 MeV/A to 800 GeV/A and have compared our results with predictions of other current models used by the nuclear community. Here, we present a brief description of our codes and show illustrative results obtained with CEM2k and LAQGSM for A+p and A+A spallation, fission, and fragmentation reactions measured recently at GSI compared with predictions by other models. Further necessary work is outlined.

연구 동기 및 목표

• GSI의 A+p 및 A+A 산란, 핵분열, 분해 반응 측정 데이터와의 비교를 통해 CEM2k 및 LAQGSM 핵반응 코드의 예측 능력을 검증하기 위해.
• 파rameter 조정 없이도 광범위한 에너지 범위(10 MeV/A에서 1 GeV/nucleon)에서 코드의 성능을 평가하기 위해.
• 특히 U+Pb를 포함한 무거운 이온 반응에서 핵분열 및 분해 반응을 모델링하는 데 있어 한계를 규명하기 위해.
• 핵데이터 평가 및 기본 핵물리 연구를 위한 신뢰할 수 있는 이벤트 생성기로서의 코드의 적합성을 입증하기 위해.
• 특히 전자기적 핵분열 및 무거운 시스템에서의 각운동량 효과를 고려한 향후 코드 개선 방향을 제시하기 위해.

제안 방법

• CEM2k 코드는 핵반응을 세 단계로 모델링한다: 내부핵 캐스케이드(INC), 개선된 수정된 응축모형(MEM)을 통한 사전평형 붕괴, 잔류핵의 증발.
• LAQGSM 코드는 쿼크-글루온 스트링 모형을 고에너지(최대 1 TeV/nucleon)까지 확장하여, 파울리 금지 원칙과 운동량-에너지 보존을 고려한 시간에 따라 변화하는 내부핵 캐스케이드를 포함한다.
• 코드는 실제 핵질량, 쌍화 에너지, 준위 밀도 파ameter, 피온 흡수 및 핵분열 폭에 대한 보정된 단면적을 사용한다.
• GEM2 코드는 LAQGSM에 통합되어 핵분열 및 분해 반응, 특히 무거운 잔류핵에 대해 모델링한다.
• 시뮬레이션 결과는 GSI 측정에서의 실험적 단면적 및 운동에너지 분포와 직접 비교된다.
• 다양한 시스템에서 테스트가 이루어졌으며, 86Kr + 9Be, 129Xe + 27Al, 238U + 63Cu를 포함하고, 중성자 빈도가 높은 산소 빔에 대한 추가 분석도 수행되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CEM2k 및 LAQGSM 코드는 중간에서 고에너지 영역의 A+p 및 A+A 반응에서 측정된 산란, 핵분열, 분해 반응 단면적을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ2 86Kr + 9Be 및 129Xe + 27Al 반응에서 중성자 빈도가 높은 Rb 및 Cs 동위원소의 생성률이 체계적으로 과소평가되는 이유는 무엇인가?
• RQ3 LAQGSM+GEM2 모델은 238U + 208Pb와 같은 무거운 이온 반응에서 질량 및 전하 분포를 얼마나 정확히 기술하는가?
• RQ4 비대칭적인 무거운 이온 충돌에서 핵분열 잔여물 질량 분포를 기술하는 데 있어 현재 LAQGSM 모델의 한계는 무엇인가?
• RQ5 CEM2k에 운동량-에너지 보존과 실제 결합 에너지를 포함시키면 이전 버전과 비교해 실험 데이터와의 일치도가 어떻게 향상되는가?

주요 결과

• CEM2k 및 LAQGSM 코드는 86Kr + 9Be 및 129Xe + 27Al 반응에서 산란 생성물에 대해 실험 데이터와 매우 우수한 일치를 보이며, 대부분의 단면적 예측이 두 배 이내이다.
• LAQGSM+GEM2는 86Kr + 9Be 반응에서 중성자 빈도가 높은 Rb 동위원소와 129Xe + 27Al 반응에서 중성자 빈도가 높은 Cs 동위원소를 과소평가하며, 이는 타겟에서 수소를 흡수하는 메커니즘이 누락되어 있음을 시사한다.
• 238U + 208Pb 반응에서 모든 생성물의 통합 질량 및 전하 분포를 매우 잘 재현하지만, 개별 핵분열 잔여물 질량 피크에서는 낮은 일치도를 보인다.
• 핵분열 잔여물 질량 분포 예측 실패의 원인은 현재 LAQGSM+GEM2 구현에서 전자기 유도 핵분열 및 각운동량 효과가 누락되어 있기 때문이다.
• CEM2k에 정확한 운동량-에너지 보존 및 실제 결합 에너지를 포함시킴으로써, 이전 버전과 비교해 입자 스펙트럼과 잔류핵 생성률의 정확도가 크게 향상되었다.
• 두 코드는 파rameter 피팅 없이도 광범위한 시스템과 에너지 범위에서 강력한 예측 능력을 보이며, 핵데이터 평가 및 운반 시뮬레이션 분야에서의 신뢰성을 입증한다.