[논문 리뷰] Cross Sections for Nuclide Production in 1 GeV Proton-Irradiated 208Pb and 0.8 GeV Proton-Irradiated 197Au

Yu. E. Titarenko, V. F. Batyaev외 13명|ArXiv.org|2003. 05. 23.

Nuclear reactor physics and engineering참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 ITEP에서 고해상도 감마분광법을 사용하여 1 GeV 양성자 조사된 208Pb와 0.8 GeV 양성자 조사된 197Au에서의 뉴클리드 생성 단면적을 실험적으로 측정하였다. 결과는 LAHET 및 CEM2k+GEM2 시뮬레이션과 양호한 일치를 보이며, 무거운 목표핵에서 고에너지 핵반응의 스파라션 및 프래그멘테이션 과정에 대한 모델을 검증한다.

ABSTRACT

Measured at ITEP (Moscow) cross sections for nuclide production in 1.0 GeV proton-irradiated 208Pb and 0.8 GeV proton-irradiated 197Au targets are presented. The cross sections were measured by direct gamma-spectrometry with a high-resolution Ge detector. The measured cross sections are compared with experimental data of GSI (inverse kinematics, 1 GeV/nucleon 208Pb and 0.8 GeV/nucleon 197Au interacting with a liquid hydrogen target, and the ZSR data (direct kinematics, 1.0 and 0.8 GeV protons on nat-Pb and 197Au, respectively). All experimental data are compared with each other and with results by the Los Alamos codes CEM2k+GEM2, LAQGSM+GEM2, and LAHET (INLC option: Cugnon's INC + Schmidt's evaporation and fission models).

연구 동기 및 목표

• 고에너지 양성자 조사된 무거운 핵(208Pb 및 197Au)에서의 뉴클리드 생성 단면적 측정을 통해 핵반응 모델링을 향상시키기.
• 가속기 기반 시스템과 우주선 방사선 차폐에 사용되는 핵반응 코드의 검증을 위한 기준 데이터 제공.
• GSI 및 ZSR의 역운동역학 데이터와의 일致성을 확보하기 위해 직접운동역학 측정과의 비교.
• LAHET, CEM2k+GEM2, LAQGSM+GEM2 코드의 스파라션 및 프래그멘테이션 과정 예측 능력을 평가하기.

제안 방법

• 방사성 뉴클리드를 식별하고 정량화하기 위해 게르마늄 검출기를 사용한 고해상도 감마분광법.
• ITEP에서 1.0 GeV 및 0.8 GeV 양성자로 각각 208Pb 및 197Au 표적을 조사.
• 직접운동역학 설정을 통해 두꺼운 표적 물질에 양성자 빔을 조사하여 잔류 뉴클리드의 감마선 방출을 통해 측정.
• LAHET 코드(쿠뇽의 INC 및 슈마이트의 증발/분열 모델 사용), CEM2k+GEM2, LAQGSM+GEM2 모델의 예측값과 실험 데이터 비교.
• GSI 데이터(역운동역학, 1 GeV/nucleon 208Pb 및 197Au를 액체 수소에 조사) 및 ZSR 데이터(직접운동역학, 자연수수 Pb 및 197Au 표적)와의 교차검증.
• 모델과 데이터 간의 격리 분석을 통해 잔류 뉴클리드 수율 예측 정확도 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1 GeV 208Pb 및 0.8 GeV 197Au에서의 뉴클리드 생성 단면적 측정치가 LAHET, CEM2k+GEM2, LAQGSM+GEM2 코드의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 동일한 반응계에서 직접운동역학과 역운동역학 실험 데이터 간의 일치성은 어떠한가?
• RQ3 쿠뇽 기반 내핵반응 및 슈마이트 기반 증발/분열 모델이 측정된 잔류 뉴클리드 수율을 얼마나 정확히 재현하는가?
• RQ4 특정 질량 또는 원자번호 영역의 잔류 뉴클리드에 대해 모델 예측에 체계적인 편차가 존재하는가?
• RQ5 실험적 불확도 및 감마분광법의 해상도가 측정된 단면적의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 1 GeV 208Pb 및 0.8 GeV 197Au에서 측정된 뉴클리드 생성 단면적은 INLC 옵션(쿠뇽의 INC + 슈마이트의 증발/분열 모델)을 사용한 LAHET 코드의 예측과 양호한 일치를 보였다.
• CEM2k+GEM2 및 LAQGSM+GEM2 모델도 측정 데이터를 불확도 범위 내에서 재현하였으며, 특히 중간 및 경량 잔류 뉴클리드에서 뛰어난 일치를 보였다.
• 중량 잔류 뉴클리드에서는 격리가 관찰되어 고Z, 고A 생성물에 대한 분열 및 증발 모델의 한계를 시사한다.
• ITEP에서의 직접운동역학 데이터는 GSI의 역운동역학 데이터와 일치하여 두 실험적 접근법이 고에너지 핵반응 연구에 적합함을 검증한다.
• ZSR 데이터(직접운동역학, 자연수수 Pb 및 197Au 표적)는 ITEP 결과와 양호한 일치를 보이며 실험 방법론의 신뢰성을 강화한다.
• 고해상도 Ge 검출기를 사용한 감마분광법은 반감기가 수분에서 수십 년에 이르는 뉴클리드의 정확한 식별 및 정량화를 가능하게 하였다.