[논문 리뷰] Merging the CEM2K and LAQGSM Codes with GEM2 to Describe Fission and Light-fragment Production

S. G. Mashnik, K.K. Gudima외 1명|ArXiv.org|2003. 04. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 9인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 CEM2k와 LAQGSM 코드를 Furihata의 GEM2 모델과 융합하여 핵 반응에서 분열 및 경량 빛입자 생성을 개선한 모델링을 수행한다. 확장된 모델은 이sov형 수율, 경량 입자 스펙트럼, 그리고 특히 208Pb에 대한 양성자 및 디우터론 유도 반응에서의 무거운 빛입자 방출을 더 잘 기술한다. 그러나 GEM2의 현재 수식은 분열 및 증발 모델링의 완전한 신뢰성과 자기 일관성 확보를 위해 다수의 개선이 필요하다.

ABSTRACT

We present the current status of the improved Cascade-Exciton Model (CEM) code CEM2k and of the Los Alamos version of the Quark-Gluon String Model code LAQGSM. To describe fission and light-fragment (heavier than He4) production, both CEM2k and LAQGSM have been merged with the GEM2 code of Furihata. We present some results on proton- and deuteron-induced spallation, fission, and fragmentation reactions predicted by these extended versions of CEM2k and LAQGSM. We show that merging CEM2k and LAQGSM with GEM2 allows us to describe many fission and fragmentation reactions in addition to the spallation reactions which are already relatively well described. Nevertheless, the standard version of GEM2 does not provide a completely satisfactory description of complex particle spectra, heavy-fragment emission, and spallation yields, and is not yet a reliable tool for applications. We conclude that we may choose to use a model similar to the GEM2 approach in our codes, but it must be significantly extended and further improved. We observe that it is not sufficient to analyze only A and Z distributions of the product yields when evaluating this type of model, as is often done in the literature; instead it is important to study all the separate isotopic yields as well as the spectra of light particles and fragments.

연구 동기 및 목표

• CEM2k와 LAQGSM 코드를 확장하여 4He보다 무거운 복잡한 빛입자 방출과 분열을 시뮬레이션할 수 있도록 한다.
• 기존 CEM2k와 LAQGSM의 한계를 해결하기 위해 분열 잔여입자 방출 및 분열 후 증발을 고려하지 못하는 문제를 해결한다.
• 고에너지 반응에서의 이sov형 수율, 경량 입자 스펙트럼, 무거운 빛입자 방출의 기술을 향상시킨다.
• GEM2를 CEM2k와 LAQGSM에 통합했을 때 분열 및 증발 모델로서의 성능을 평가한다.
• GEM2의 현재 수식에서의 결함을 규명하고未래 모델 개발을 위한 개선 방안을 제안한다.

제안 방법

• 내부핵 반응 및 평형 이전 단계 이후의 분열 및 입자·편석의 증발을 모델링하기 위해 CEM2k와 LAQGSM 코드를 일반화된 증발 모델(GEM2)과 통합한다.
• 3단계 반응 모델을 적용: 내부핵 반응(INC), 수정된 응축자 모델(MEM)을 통한 평형 이전 붕괴, GEM2를 통한 평형 증발.
• 정확한 운동량-에너지 보존, 실제 결합 에너지, 반동 보정을 포함한 향상된 핵 입력 매개변수를 CEM2k에 적용한다.
• GEM2를 사용하여 각기 다른 복합핵에서 최대 66개의 입자 증발을 시뮬레이션하며, 이는 분열 잔여입자 포함.
• GSI에서 확보한 1 GeV/nucleon의 208Pb + p 및 d 반응 실험 데이터와 모델을 비교한다.
• 평형 이전 방출 여부에 따라 결과를 비교하고, Veselsky의 접근 방식에 따라 평형 이전 입자 방출을 감소시켜 과도한 예측을 보정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CEM2k와 LAQGSM을 GEM2와 융합하면 핵 반응에서의 분열 및 경량 빛입자 생성 기술이 향상되는가?
• RQ2 CEM2k의 평형 이전 입자 방출은 이sov형 수율 및 경량 빛입자 스펙트럼 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 GEM2는 고에너지 반응에서 분열 및 증발을 모델링하기 위해 자기 일관성 있고 신뢰할 수 있는 프레임워크를 제공하는가?
• RQ4 GEM2의 현재 수식은 분열 및 복합편석 방출에 적용했을 때 어떤 한계를 지니는가?
• RQ5 GEM2, GEMINI, Stepanov 분열 모델 등 다양한 모델 간의 분열 및 분해수율 예측 성능는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• CEM2k+GEM2 및 LAQGSM+GEM2 모델은 평형 이전 방출을 忽시하는 모델 대비 실험 데이터와의 일치도가 향상됨을 보였다.
• 평형 이전 방출을 포함하면 데이터와의 일치가 향상되지만, 표준 CEM2k 버전은 尤히 π 생성 임계점 이상에서 평형 이전 입자 방출을 과도하게 예측한다.
• 현재 GEM2 버전은 자기 일관성이 떨어지며, 입자 종류 및 복합핵에 따라 역단면적, 쿨롱 장벽, 준위 밀도 매개변수에 대해 서로 다른 경험적 수식을 사용한다.
• GEM2는 분열하는 핵에서 각운동량을 고려하지 못하며, 분열 장벽 및 준위 밀도 매개변수에 대해 비물리적이고 근사적인 추정치를 사용한다.
• 모델 평가를 위해 A 및 Z 분포 분석만으로는 부족하며, 정확한 모델 평가를 위해서는 상세한 이sov형 수율 및 경량 입자 스펙트럼 분석이 필요하다는 점을 규명하였다.
• 초기 결과는 GEMINI 및 Stepanov 열역학적 분열 모델 등 다른 모델이 유망한 성능을 보이며, CEM2k 및 LAQGSM 내에서 새로운 분열 모델 개발이 진행 중임을 시사한다.