[논문 리뷰] Cascade-Exciton Model Analysis of Nucleon-Induced Fission Cross Sections of Lead and Bismuth at Energies from 45 to 500 MeV

A. Prokofiev, S. G. Mashnik외 1명|ArXiv.org|1998. 02. 09.

Nuclear physics research studies참고 문헌 36인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 45–500 MeV 범위에서 수소핵에 의한 208Pb와 209Bi의 열화분열 단면적을 분석하기 위해 확장된 캐스케이드-에크스시톤 모델(CEM)을 적용하며, 고에너지 영역에서 실험 데이터와의 체계적 불일치를 드러낸다. 100 MeV 이상에서 예측 정확도를 크게 향상시키기 위해 수정된 CEM을 제안하여 고에너지에서의 무거운 이온 열화분열 역학 모의의 정확도를 향상시킨다.

ABSTRACT

An extended version of the Cascade-Exciton Model (CEM) of nuclear reactions is applied to analyze nucleon-induced fission cross sections for Bi-209 and Pb-208 nuclei in the 45-500 MeV energy range. The available data on linear momentum transfer are analyzed as well. The results are compared with analytical approximations resulting from a comparative critical analysis of all available experimental data. Systematic discrepancies between calculations and experimental data are revealed. A modification of the CEM is proposed, which significantly improves the model predictions for projectile energies above 100 MeV.

연구 동기 및 목표

• 45–500 MeV 범위에서 확장된 캐스케이드-에크스시톤 모델을 사용하여 208Pb와 209Bi의 수소핵 유도 열화분열 단면적을 분석한다.
• 기존 CEM 예측과 열화분열 단면적 및 선형 운동량 이행에 대한 실험 데이터 사이의 체계적 불일치를 규명한다.
• 내부핵 반응 및 증발 단계의 처리 방식을 수정함으로써 중간에서 고에너지 영역에서의 무거운 핵에 대한 모델의 예측 정확도를 향상시킨다.
• 가속기 기반 시스템과 원자력 기술에 관련된 아크티늄 및 프리-아크티늄 핵에서의 열화분열 역학에 대한 개선된 이론적 프레임워크를 제공한다.

제안 방법

• 예비 평형 방출 및 내부핵 캐스케이드 과정을 향상시킨 처리 방식을 포함한 CEM의 확장된 버전을 사용한다.
• 모델은 캐스케이드 단계 동안 양성자 및 경량 입자의 순차적 방출을 시뮬레이션하고, 잔여 입자들의 증발을 따르게 한다.
• 수소핵 흡수 후 형성된 복합핵의 진동 에너지 및 각운동량 축적을 추적함으로써 열화분열 단면적을 계산한다.
• 내부핵 캐스케이드 단계에서 개선된 파울리 차폐와 수정된 준위 밀도 파rameter를 포함하여 고에너지 역학을 보다 정확히 기술한다.
• 반응 중 운동량 침착의 기술을 검증하기 위해 선형 운동량 이행 데이터를 분석한다.
• 모델는 45–500 MeV 범위에서의 실험적 열화분열 단면적 및 운동량 이행 데이터를 기반으로 校정 및 검증된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 확장된 캐스케이드-에크스시톤 모델은 45–500 MeV 범위의 수소핵 에너지에서 208Pb와 209Bi의 열화분열 단면적을 얼마나 정확하게 예측하는가?
• RQ2 100–500 MeV 범위에서 CEM 예측과 실험 데이터 사이의 체계적 불일치의 원인은 무엇인가?
• RQ3 고입사 에너지에서의 무거운 핵 열화분열 역학을 더 잘 기술하기 위해 CEM은 어떻게 수정될 수 있는가?
• RQ4 수소핵 유도 열화분열 반응에서 모델은 측정된 선형 운동량 이행을 어느 정도 정확히 재현하는가?
• RQ5 수정된 CEM은 열화분열의 예비 평형 및 증발 단계를 더 잘 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 표준 CEM 예측과 실험적 열화분열 단면적 사이에 체계적 불일치가 관찰되며, 특히 100 MeV 이상에서 원래 모델의 수식화에 한계가 있음을 시사한다.
• 수정된 CEM은 100–500 MeV 에너지 범위에서 실험 데이터와의 일치도를 크게 향상시킨다.
• 수정 후 모델의 선형 운동량 이행 예측은 실험 측정치와 더 잘 일치함을 보였다.
• 캐스케이드 단계에서 향상된 파울리 차폐와 조정된 준위 밀도 파arameter의 포함으로 에너지 및 각운동량 침착 모델링이 향상되었다.
• 특히 209Bi의 경우 고에너지에서의 열화분열 단면적 과대 예측 현상을 줄여 측정값에 더 가까운 예측을 가능하게 하였다.
• 결과적으로 수정된 CEM는 가속기 기반 시스템 및 천이 응용 분야에서 중요한 무거운 핵의 열화분열 시뮬레이션에 더 신뢰할 수 있는 도구로 사용될 수 있음을 뒷받침한다.