[论文解读] Analysis of Intermediate-Energy Nucleus-Nucleus Spallation, Fission, and Fragmentation Reactions with the LAQGSM code

S. G. Mashnik, K. K. Gudima+2 more|ArXiv.org|Aug 14, 2003

Nuclear reactor physics and engineering被引用 3

一句话总结

该论文提出了LAQGSM代码，这是一种用于中等能量核-核反应的蒙特卡罗事件生成器，结合了核内 cascade 模型与改进的激发核模型以描述预平衡衰变，以及夸克-胶子弦模型以处理高能相互作用。该模型成功再现了从碳到铅靶在95–600 MeV/核子能量范围内的中子能谱和碎片产额，以及高达1 GeV/核子的散裂、裂变和碎片化反应截面，与实验数据高度一致，且无需参数拟合。

ABSTRACT

The LAQGSM code has been recently developed at Los Alamos National Laboratory to simulate nuclear reactions for proton radiography applications. We have benchmarked our code against most available measured data both for proton-nucleus and nucleus-nucleus interactions at incident energies from 10 MeV to 800 GeV and have compared our results with predictions of other current models used by the nuclear community. Here, we present a brief description of our code and show illustrative results obtained with LAQGSM for neutron spectra measured recently by Nakamura's groups for reactions induced by light and medium nuclei on targets from C to Pb at several incident energies from 95 to 600 MeV/nucleon and with the recent GSI measurements of spallation, fission, and fragmentation yields from A+p and A+A reactions at incident energies near and below 1 GeV/nucleon. Further necessary work is outlined.

研究动机与目标

• 开发并验证LAQGSM代码，以模拟宽能量范围内中等能量核-核反应。
• 将LAQGSM与实验数据进行基准测试，涵盖从12C到208Pb靶在轻核与中等核上的中子能谱和碎片产额。
• 评估LAQGSM在散裂、裂变和碎片化反应中的预测能力，并与其他模型进行比较。
• 识别当前实现中的局限性，特别是角动量和电磁裂变方面的不足，并为未来代码改进提供指导。

提出的方法

• LAQGSM使用CEM2k中的模块来模拟核反应的预平衡和蒸发阶段。
• 其引入了夸克-胶子弦模型（QGSM）以处理高达1 TeV/核子的高能相互作用，包括级联动力学和轻离子末态复合。
• 该代码对每个事件强制实施精确的能量-动量守恒，并在发射计算中使用真实的结合能和约化质量。
• 通过与GEM2蒸发模型结合，进一步优化了碎片化和裂变产额，并与GSI及中村研究组的数据进行对比验证。
• 模型改进了态密度参数、裂变势垒以及级联和预平衡阶段的泡利不相容效应处理。
• 采用蒙特卡罗模拟生成逐事件的反应结果，对低产额、富中子核素的统计采样进行了调整。

实验结果

研究问题

• RQ1 LAQGSM在多大程度上能准确再现从12C到208Pb靶在95–600 MeV/核子能量范围内的核-核反应中测得的中子能谱？
• RQ2 LAQGSM+GEM2能否在多种入射能量和靶-弹组合下，完整描述碎片产额，包括裂变和散裂产物？
• RQ3 为何LAQGSM+GEM2在1 GeV/核子的238U + 208Pb裂变中无法再现质量分布？哪些物理因素导致了这一偏差？
• RQ4 当前LAQGSM和GEM2在角动量和电磁裂变方面的局限性，对重离子体系预测的影响程度如何？
• RQ5 LAQGSM+GEM2在弹核碎片化方面的结果，与擦除-烧蚀模型及QMD模拟相比如何？

主要发现

• LAQGSM+GEM2在95–600 MeV/核子范围内对12C至208Pb靶的中子能谱再现良好，尤其在轻核与中等核体系中表现优异。
• 该代码成功描述了17–21O束流在12C靶上产生的碎片产额，与实验测得的Zf和Af分布一致，并对未测量的同素进行了预测。
• 在950 MeV/核子的238U + 64Cu反应中，LAQGSM+GEM2在六个数量级范围内准确再现了所有测得的产物截面，对极富中子核素的轻微高估可能源于统计量不足。
• 在1 GeV/核子的208Pb + 64Cu反应中，该模型与实验数据高度一致，准确预测了多种碎片的截面。
• 在1.05 GeV/核子的40Ar + 9Be反应中，LAQGSM+GEM2与B至F同素的实验截面吻合良好，包括对未测量同素的预测。
• 1 GeV/核子238U + 208Pb裂变中质量分布的偏差，归因于当前版本代码中缺少电磁裂变和角动量处理。