[论文解读] 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 8

一句话总结

本文利用GSI的A+p和A+A反应实验数据（能量范围10 MeV/A至1 GeV/nucleon），评估了LANL的CEM2k和LAQGSM核反应代码在模拟溅射、裂变和碎片化过程中的性能。这些代码在多种体系中与测量结果表现出强烈的一致性，尤其在溅射产物和产额方面，LAQGSM+GEM2对大多数核素的预测精度在两倍以内，但因缺少质子俘获机制，对富含中子的Rb和Cs同位素存在系统性低估。

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.

研究动机与目标

• 验证CEM2k和LAQGSM核反应代码在GSI的A+p和A+A溅射、裂变及碎片化测量实验数据中的预测能力。
• 在不进行参数调优的情况下，评估代码在宽广能量范围（10 MeV/A至1 GeV/nucleon）内的表现。
• 识别在包含U+Pb的重离子反应中，裂变和碎片化建模的局限性。
• 证明代码作为核数据评价和基础核物理研究中可靠事件生成器的适用性。
• 为未来改进代码提供指导，特别是针对电磁诱导裂变和重系统中角动量效应的建模。

提出的方法

• CEM2k代码将核反应划分为三个阶段：核内级联（INC）、通过改进的修正相空间模型（MEM）的预平衡衰变，以及残余核的蒸发。
• LAQGSM代码将夸克-胶子弦模型扩展至高能区（最高达1 TeV/nucleon），引入了满足泡利不相容原理和能量-动量守恒的时间依赖核内级联模型。
• 代码使用了真实的核质量、配对能、态密度参数，以及经过校正的π介子吸收截面和裂变宽度。
• 将GEM2代码与LAQGSM结合，用于建模裂变和碎片化，尤其适用于重残余核。
• 将模拟结果与GSI测量的实验截面和动能分布直接对比。
• 在多个体系中对代码进行了测试：86Kr + 9Be、129Xe + 27Al，以及富含中子的氧束的附加分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在中等至高能区，CEM2k和LAQGSM代码在A+p和A+A反应中对溅射、裂变和碎片化截面的实验测量结果再现得如何？
• RQ2 为何代码在86Kr + 9Be和129Xe + 27Al等反应中系统性低估富含中子的Rb和Cs同位素的产额？
• RQ3 LAQGSM+GEM2模型在238U + 208Pb等重离子反应中对质量和电荷分布的描述准确程度如何？
• RQ4 当前LAQGSM模型在描述非对称重离子碰撞中裂变碎片质量分布方面存在哪些局限性？
• RQ5 与早期版本相比，CEM2k中引入精确的能量-动量守恒和真实结合能如何提升与实验数据的一致性？

主要发现

• 在86Kr + 9Be和129Xe + 27Al反应中，CEM2k和LAQGSM代码对溅射产物表现出极佳的实验数据一致性，绝大多数截面预测值在两倍以内。
• LAQGSM+GEM2在86Kr + 9Be中低估了富含中子的Rb同位素，在129Xe + 27Al中低估了Cs同位素，表明存在如靶核质子俘获等缺失机制。
• 尽管对单个裂变碎片质量峰的预测一致性较差，代码仍能很好地再现238U + 208Pb反应中所有产物的总质量-和电荷分布。
• 裂变碎片质量分布预测失败的原因在于当前LAQGSM+GEM2实现中缺少电磁诱导裂变和角动量效应。
• 在CEM2k中引入精确的能量-动量守恒和真实结合能，显著提升了粒子能谱和残余核产额的预测精度，相比早期版本有明显改善。
• 代码在无需参数拟合的情况下，对广泛体系和能量范围展现出强大的预测能力，确立了其在核数据评价和输运模拟中的可靠性。