[论文解读] Merging the CEM2K and LAQGSM Codes with GEM2 to Describe Fission and Light-fragment Production

S. G. Mashnik, K.K. Gudima+1 more|ArXiv.org|Apr 3, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 8

一句话总结

本文将 CEM2k 和 LAQGSM 代码与 Furihata 的 GEM2 模型结合，以改进核反应中裂变及轻碎片产生的模拟。扩展后的模型能更准确描述同素异形体产额、轻粒子能谱以及重碎片发射，特别是在 208Pb 与质子和氘核反应中；然而，GEM2 当前的公式化方法仍需显著改进，方能在裂变与蒸发建模中实现完全的可靠性与自洽性。

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.

研究动机与目标

• 将 CEM2k 和 LAQGSM 代码扩展，以模拟裂变及比 4He 更重的复杂碎片发射。
• 解决原始 CEM2k 和 LAQGSM 忽视裂变碎片发射及裂变后蒸发的局限性。
• 改进高能反应中同素异形体产额、轻粒子能谱及重碎片发射的描述。
• 评估将 GEM2 作为裂变与蒸发模型与 CEM2k 和 LAQGSM 耦合时的性能表现。
• 识别 GEM2 当前公式化中的缺陷，并为未来模型开发提出改进建议。

提出的方法

• 将 CEM2k 和 LAQGSM 代码与广义蒸发模型（GEM2）集成，以模拟在核内 cascade 和预平衡阶段之后的裂变与蒸发过程。
• 采用三阶段反应模型：核内 cascade（INC）、通过改进的激发子模型（MEM）进行预平衡衰变，以及通过 GEM2 进行平衡蒸发。
• 在 CEM2k 中采用改进的核输入参数，包括精确的能量-动量守恒、真实的结合能以及反冲修正。
• 利用 GEM2 模拟从激发复合核中蒸发最多 66 个粒子，包括裂变碎片。
• 将合并后的模型与 GSI 的实验数据进行对比，实验对象为 1 GeV/核子 208Pb + p 和 d 反应。
• 对比包含与不包含预平衡发射的结果，并采用 Veselsky 方法对预平衡粒子发射进行修正，以纠正过度预测的问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 将 CEM2k 和 LAQGSM 与 GEM2 合并，能否改善核反应中裂变与轻碎片产生的描述？
• RQ2 CEM2k 中的预平衡粒子发射如何影响同素异形体产额与轻碎片能谱的预测？
• RQ3 GEM2 在与 CEM2k 和 LAQGSM 耦合时，能否提供一个自洽且可靠的裂变与蒸发建模框架？
• RQ4 当前 GEM2 模型在应用于裂变与复杂碎片发射时存在哪些局限性？
• RQ5 不同模型（GEM2、GEMINI、Stepanov 裂变模型）在预测裂变与碎片产额方面有何差异？

主要发现

• 与忽略预平衡发射的模型相比，CEM2k+GEM2 和 LAQGSM+GEM2 合并模型在裂变与碎片产额方面与实验数据的符合度更高。
• 引入预平衡发射可改善与实验数据的符合度，但标准 CEM2k 版本在超过π介子产生阈值后显著高估了预平衡粒子发射。
• 当前版本的 GEM2 缺乏自洽性，对不同粒子类型和复合核使用了不同的经验参数化方法来处理逆反应截面、库仑势垒及态密度参数。
• GEM2 未考虑裂变核中的角动量，且对裂变势垒和态密度参数使用了粗糙、非物理的估算值。
• 研究表明，仅分析质量数 A 和原子序数 Z 的分布是不够的；必须深入分析同素异形体产额与轻粒子能谱，才能对模型进行恰当评估。
• 初步结果表明，GEMINI 和 Stepanov 热力学裂变模型等替代模型具有潜力，目前正基于 CEM2k 和 LAQGSM 开发新的裂变模型。