[논문 리뷰] Complete calculation of evaluated Maxwellian-averaged cross sections and their uncertainties for s-process nucleosynthesis

B. Pritychenko|arXiv (Cornell University)|2010. 08. 27.

Nuclear Physics and Applications참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 평가된 중성자 라이브러리(JENDL-4.0, ROSFOND 2010, ENDF/B-VII.0, CENDL-3.1, JEFF-3.1)를 사용하여 s-과정 핵에 대해 맥스웰-평균 중성자 포획 단면적과 그 불확실성을 완전하고 고정밀도로 계산한다. 선형화된 ENDF 파일에 대해 PREPRO와 워프럼 마스테매티카를 활용한 고급 데이터 처리를 통해 정확한 적분 평가를 실현하고, 이러한 단면적에 대한 첫 번째 체계적 불확실성 정량화를 도입함으로써 s-과정 핵합성의 천체물리학 반응 속도 예측을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

Present contribution represents a significant improvement of our previous calculation of Maxwellian-averaged cross sections and astrophysical reaction rates. Addition of newly-evaluated neutron reaction libraries, such as ROSFOND and Low-Fidelity Covariance Project, and improvements in data processing techniques allowed us to extend it for entire range of s-process nuclei, calculate Maxwellian-averaged cross section uncertainties for the first time, and provide additional insights on all currently available neutron-induced reaction data. Nuclear reaction calculations using ENDF libraries and current Java technologies will be discussed and new results will be presented.

연구 동기 및 목표

• 평가된 라이브러리에 누락되어 있던 이소토프를 포함한 전체 s-과정 경로에 걸쳐 정확한 맥스웰-평균 단면적 계산을 확장한다.
• 저해상도 공분산 데이터를 사용하여 맥스웰-평균 중성자 포획 단면적에 대한 첫 번째 체계적 불확실성을 계산한다.
• 고정밀 선형화된 ENDF 파일과 기호적 적분을 활용한 정확한 적분 평가를 위한 데이터 처리 기법을 향상시킨다.
• 맥스웰-평균 단면적과 태양계 농도의 곱 σ × N_A 가 질량번호 A에 따라 일정해야 하는 s-과정 평형 조건과의 비교를 통해 결과를 검증한다.
• 공개 웹 애플리케이션 '맥스웰-평균 단면적과 천체물리학 반응 속도'를 NNDC에서 업데이트하여 더 넓은 공동체의 이용을 가능하게 한다.

제안 방법

• 0.1% 정밀도로 PREPRO 코드를 사용하여 ENDF 라이브러리의 공명 영역을 재구성함으로써 정확한 점별 단면적을 확보한다.
• 선형화된 ENDF 파일의 각 에너지 구간 내에서 선형 보간(Eq. 2)을 적용하여 고해상도 통합을 위한 단면적을 모델링한다.
• 워프럼 마스테매티카를 통한 기호적 적분을 사용하여 전체 에너지 범위(10⁻⁵ eV ~ 20 MeV)에서 맥스웰-평균 단면적 공식(Eq. 1)의 정확한 정적분을 계산한다.
• 저해상도 공분산 프로젝트에서 제공하는 저해상도 공분산 데이터를 사용하여 불확실성 계산을 수행하고, ENDF/B-VII.0 및 기타 라이브러리에 대한 불확실성 전파를 가능하게 한다.
• 30 keV에서 계산된 단면적과 태양계 농도를 곱한 σ × N_A 가 s-과정 경로 전반에 걸쳐 일정한지 확인함으로써 결과를 검증한다.
• 결과를 NNDC의 공개 웹 애플리케이션에 통합하여 단면적과 반응 속도에 실시간으로 접근할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현대 평가된 중성자 라이브러리를 사용하여 전체 s-과정 경로에서 맥스웰-평균 중성자 포획 단면적을 얼마나 정확하게 계산할 수 있는가?
• RQ2 s-과정 핵에 대한 맥스웰-평균 단면적의 불확실성은 무엇이며, 이는 이소토프와 라이브러리에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 다른 평가된 중성자 라이브러리(예: ROSFOND 2010, JENDL-4.0, ENDF/B-VII.0) 간에 30 keV에서 단면적 값이 얼마나 일치하는가?
• RQ4 맥스웰-평균 단면적과 태양계 농도의 곱이 예상되는 평형 조건에 따라 s-과정 경로 전반에 걸쳐 약간의 일정성을 유지하는가?
• RQ5 선형화된 ENDF 파일에 기호적 적분을 사용할 경우, 기존의 수치적 방법(Simpson의 법칙 등)에 비해 정밀도가 어떻게 향상되는가?

주요 결과

• ROSFOND 2010은 s-과정 핵에 대해 가장 완전한 커버리지(354개 이소토프 중 347개, 98% 커버리지)를 제공하며, 12C, 110Ag 및 여러 Ce와 Pr 이소토프를 제외한 나머지는 모두 포함된다.
• 저해상도 공분산 데이터를 사용하여 맥스웰-평균 단면적에 대한 첫 번째 체계적 불확실성 정량화를 달성하였으며, ENDF/B-VII.0의 경우(예: 30 keV에서 82Kr의 102.7 ± 20.97 mb) 불확실성 값이 보고되었다.
• KADONIS와 평가된 라이브러리 간에 양호한 일치가 관찰되었으며, 이는 기대되는 불확실성 범위 내에서의 편차로 신규 방법론의 타당성을 검증한다.
• 116Sn의 경우 r-과정 기여로 인해 σ × N_A 값이 이국적으로 높게 나타나 순수 s-과정 평형에서의 이탈을 나타낸다.
• 134Ba와 136Ba의 30 keV에서 계산된 단면적(각각 70.01 mb)은 라이브러리 간에 강력한 일관성을 보이며 데이터 신뢰성을 뒷받침한다.
• 2011财년에 http://www.nndc.bnl.gov/astro 웹 애플리케이션에 이러한 신규 결과가 통합되어 고정밀 천체물리학 반응 데이터에 대한 공개 접근성을 향상시켰다.