[論文レビュー] On Solar System and Cosmic Rays Nucleosynthesis and Spallation Processes

S. G. Mashnik|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2000

History and Developments in Astronomy参考文献 6被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、核物理学的宇宙論の応用分野において、古くなった実験的・理論的値に取って代わる最新で信頼性の高い崩壊断面積データを統合することで、より洗練された天体物理学的シミュレーションの実現を提唱している。実験的データ、現象論的体系的傾向、および最先端のモデル（CEM95、HMS-ALICE）を統合し、天体物理学に普遍的に適用可能な評価済み崩壊断面積ライブラリの構築を目指す。これにより、核合成、宇宙線、宇宙線露出研究の分野における精度が向上する。

ABSTRACT

A brief survey of nuclide abundances in the solar-system and in cosmic rays and of the believed mechanisms of their synthesis is given. The role of spallation processes in nucleosynthesis is discussed. A short review of recent measurements, compilations, calculations, and evaluations of spallation cross sections relevant to nuclear astrophysics is given as well. It is shown that in some past astrophysical simulations, old experimental nuclear data and theoretical cross sections that are in poor agreement with recent measurements and calculations were used. New astrophysical simulations using recently measured and reliably calculated nuclear cross sections, further researches in obtaining better cross sections, and production of evaluated spallation cross sections libraries for astrophysics are suggested.

研究の動機と目的

• 古くなったまたは不正確な崩壊断面積データに起因する、天体物理学的シミュレーションにおける継続的な不確実性を是正すること。
• 崩壊反応がリチウム（Li）、ホウ素（Be）、ボロン（B）といった軽元素および宇宙線や惑星表面における生成核種を生成する上で果たす重要な役割を強調すること。
• 過去のシミュレーションで単一のデータ源に依存していた限界を克服し、複数のデータタイプを統合すること。
• 実験的測定、モデル計算、現象論的体系的傾向を統合することで、天体物理学のための核データ評価を前進させること。
• LANLにおける医療用アイソトープ生産のための類似した取り組みを模倣し、包括的かつ評価済みの崩壊断面積ライブラリを天体物理学用に開発すること。

提案手法

• 天体物理学に関連する崩壊断面積に関する最近の測定、コンパイレーション、計算をレビューする。
• 古くなった断面積データを用いた歴史的天体物理学的シミュレーションと、LANL T-2およびEAF-97ライブラリからの最新で信頼性の高いデータを用いた現代的データを比較する。
• 各反応領域において、実験的データ、現象論的体系的傾向、および最新のコード（CEM95、HMS-ALICE）の予測を統合する。
• 複数のデータソースを統合し、入射エネルギー、入射粒子、標的核種、生成核種の各パラメータにおける励起関数を評価する。
• LANLの医療用アイソトープ応用のためのT-2ライブラリを模範として、天体物理学用に普遍的な評価済み崩壊断面積ライブラリの構築を提言する。
• 既存の核データライブラリ（NUCLEX、T-2、CSIRS、ECSIL）を天体物理学的ニーズに適合させ、将来的なシミュレーションを支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ過去の天体物理学的シミュレーションでは、特にベリリウム（Be）およびボロン（B）の軽元素核合成において一貫性のない結果が得られるのか？
• RQ2 シミュレーションに使用される古くなった崩壊断面積が、宇宙線および太陽系核種の存在比の予測をどの程度歪めているのか？
• RQ3 最新の実験的データ、モデル計算、現象論的体系的傾向を統合することで、崩壊断面積評価の信頼性はどの程度向上するのか？
• RQ4 天体物理学的応用に適した普遍的な評価済み崩壊断面積ライブラリを構築する最適な戦略は何か？
• RQ5 既存の核データライブラリ（例：T-2、EAF-97、CSIRS）をどのように調和させれば、正確な天体物理学的シミュレーションを支援できるか？

主な発見

• 過去の天体物理学的シミュレーションは、最新の測定結果や最新のモデルと大きく食い違う古くなった実験的・理論的崩壊断面積に依存していた。
• 崩壊反応はリチウム（Li）-ベリリウム（Be）-ボロン（B）の生成に加え、宇宙線由来核種の生成、月面・隕石材料の宇宙線露出、陽電子放出体の生成など、多様な分野で極めて重要である。
• 単一のデータソース（たとえば1つのモデルや1つの実験）に依存すると予測が信頼性を欠くため、実験、体系的傾向、モデルの複数のアプローチを統合する必要がある。
• CEM95およびHMS-ALICEコードは、(p,x)および(n,x)反応について信頼性の高い予測を提供しており、70–280 MeV/nucleonのエネルギー範囲で実験データと良好な一致を示している。
• 実験的データ、モデル計算、現象論的体系的傾向を統合した普遍的な評価済み崩壊断面積ライブラリの構築は、天体物理学的シミュレーションの精度を顕著に向上させる。
• 既存のライブラリ（例：T-2、EAF-97、CSIRS、ECSIL）を統合し、特に高純度標的や逆運動学を用いた測定データを追加することで、信頼性の高い大規模な天体物理学的モデリングが可能になる。