[論文レビュー] 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. Gudima+2 more|ArXiv.org|Apr 7, 2004

Nuclear physics research studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、GSIにおけるA+pおよびA+A反応（10 MeV/Aから1 GeV/nucleon）の実験データを用いて、LANL CEM2kおよびLAQGSM核反応コードのスペアレーション、分裂、および断片化のシミュレーション性能を評価している。コードは多様な系において測定値と強く一致しており、特にスペアレーション生成物および生成率に関しては、LAQGSM+GEM2が大多数の同位体について要因2以内の精度を達成している。ただし、プロトンピックアップ機構が欠落しているため、中性子過剰なRbおよびCs同位体は低く見積もられている。

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.

研究の動機と目的

• GSIのA+pおよびA+Aスペアレーション、分裂、断片化測定データに対するCEM2kおよびLAQGSM核反応コードの予測能力を検証すること。
• パrameterチューニングなしで、広いエネルギー範囲（10 MeV/Aから1 GeV/nucleon）におけるコードの性能を評価すること。
• 特にU+Pbを含む重イオン反応における分裂および断片化のモデル化における限界を特定すること。
• 核データ評価および基礎的核物理学研究のための信頼できるイベントジェネレータとしてのコードの適性を示すこと。
• 特に電磁的分裂および重い系における角運動量効果に関する、今後のコード改善の指針を示すこと。

提案手法

• CEM2kコードは、核反応を3段階でモデル化する：核内キャスケード（INC）、改良型修正エキシトンモデル（MEM）を用いたプリ均衡崩壊、および残余核の蒸発。
• LAQGSMコードはクォーカン・グルーオン・ストリングモデルを高エネルギー（最大1 TeV/nucleon）に拡張し、パウリ排他および運動量・エネルギー保存則を満たす時間依存核内キャスケードを組み込む。
• コードは現実的な核質量、ペアリングエネルギー、準位密度パラメータ、およびパイオン吸収断面積および分裂幅の補正を用いる。
• GEM2コードをLAQGSMに統合し、特に重い残渣に対して分裂および断片化をモデル化する。
• シミュレーション結果は、GSI測定による実験的断面積および運動エネルギー分布と直接比較される。
• 複数の系に対してテストが実施され、86Kr + 9Be、129Xe + 27Al、および238U + 63Cuが対象となり、中性子過剰酸素ビームの追加分析も行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CEM2kおよびLAQGSMコードは、中間的・高エネルギー領域（10 MeV/Aから1 GeV/nucleon）におけるA+pおよびA+A反応の測定スペアレーション、分裂、断片化断面積をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 86Kr + 9Beおよび129Xe + 27Al反応において、コードが中性子過剰なRbおよびCs同位体の生成率を体系的に低く見積もる理由は何か？
• RQ3 LAQGSM+GEM2モデルは、238U + 208Pbのような重イオン反応における質量および原子番号分布をどの程度正確に記述できるか？
• RQ4 現在のLAQGSMモデルは、非対称な重イオン衝突における分裂断片質量分布を記述する上で、どのような限界を示しているか？
• RQ5 CEM2kに運動量・エネルギー保存則および正確な結合エネルギーを組み込むことで、以前のバージョンと比較して実験データとの一致がどの程度向上するか？

主な発見

• CEM2kおよびLAQGSMコードは、86Kr + 9Beおよび129Xe + 27Al反応におけるスペアレーション生成物に関して、実験データと非常に良好に一致しており、大多数の断面積が要因2以内に予測されている。
• LAQGSM+GEM2は、86Kr + 9Be反応における中性子過剰Rb同位体および129Xe + 27Al反応におけるCs同位体の生成率を低く見積もっており、これは標的にからプロトンピックアップが欠落しているメカニズムを示唆している。
• 238U + 208Pb反応における全生成物の統合的質量および原子番号分布は、コードが非常に良く再現しているが、個々の分裂断片質量ピークについては一致が悪い。
• 分裂断片質量分布の予測不一致は、現在のLAQGSM+GEM2実装において電磁的誘発分裂および角運動量効果が欠落していることに起因する。
• CEM2kに正確な運動量・エネルギー保存則および実際の結合エネルギーを組み込むことで、粒子スペクトルおよび残余核生成率の精度が、以前のCEMバージョンと比較して顕著に向上した。
• コードはパrameterフィッティングなしで広範な系およびエネルギー範囲において強力な予測能力を示しており、核データ評価および輸送シミュレーションにおける信頼性を確立している。