[论文解读] Cascade-Exciton Model Analysis of Nucleon-Induced Fission Cross Sections of Lead and Bismuth at Energies from 45 to 500 MeV

A. Prokofiev, S. G. Mashnik+1 more|ArXiv.org|Feb 9, 1998

Nuclear physics research studies参考文献 36被引用 7

一句话总结

本文应用扩展的级联-核子模型（CEM）分析45至500 MeV范围内质子诱发铅-208和铋-209的裂变截面，发现在高能区与实验数据存在系统性偏差。提出一种改进的CEM模型，显著提升了100 MeV以上能量区间的预测精度，增强了对重离子裂变动力学的建模能力。

ABSTRACT

An extended version of the Cascade-Exciton Model (CEM) of nuclear reactions is applied to analyze nucleon-induced fission cross sections for Bi-209 and Pb-208 nuclei in the 45-500 MeV energy range. The available data on linear momentum transfer are analyzed as well. The results are compared with analytical approximations resulting from a comparative critical analysis of all available experimental data. Systematic discrepancies between calculations and experimental data are revealed. A modification of the CEM is proposed, which significantly improves the model predictions for projectile energies above 100 MeV.

研究动机与目标

• 利用扩展的级联-核子模型（CEM）分析45–500 MeV能量范围内质子诱发208Pb和209Bi的裂变截面。
• 识别现有CEM预测与实验测量的裂变截面及线性动量转移数据之间的系统性偏差。
• 通过改进模型对核内级联和蒸发阶段的处理，提升中等至高能区重核的预测准确性。
• 为加速器驱动系统及核技术中相关的锕系和预锕系核素裂变动力学提供一个优化的理论框架。

提出的方法

• 采用改进的级联-核子模型（CEM）版本，改进了预平衡发射和核内级联过程的处理方式。
• 模型模拟级联阶段的核子和轻粒子逐次发射，随后是残余碎片的蒸发过程。
• 通过追踪吸收质子后形成的复合核的激发能和角动量积累来计算裂变截面。
• 在核内级联阶段引入改进的态密度参数和增强的泡利阻塞效应，以更准确描述高能区动力学。
• 分析线性动量转移数据，以验证模型对反应过程中动量沉积的描述能力。
• 基于45至500 MeV范围内的实验裂变截面和动量转移数据对模型进行标定与验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 扩展的级联-核子模型在45至500 MeV质子能量范围内对208Pb和209Bi裂变截面的预测精度如何？
• RQ2 在100–500 MeV能量区间，CEM预测与实验数据之间系统性偏差的来源是什么？
• RQ3 如何改进CEM以更准确描述高入射能量下重核的裂变动力学？
• RQ4 该模型在质子诱发裂变反应中对测量线性动量转移的再现程度如何？
• RQ5 改进后的CEM能否提升对重核裂变中预平衡和蒸发阶段的描述能力？

主要发现

• 标准CEM预测与实验裂变截面之间存在系统性偏差，尤其在100 MeV以上能量区间，表明原始模型公式存在局限。
• 改进的CEM显著提升了100–500 MeV能量区间内裂变截面的实验数据符合度。
• 模型对线性动量转移的预测在改进后与实验测量结果更加一致。
• 在级联阶段引入增强的泡利阻塞效应和调整后的态密度参数，使能量与角动量沉积的建模更加准确。
• 改进的CEM降低了高能区裂变截面的过估计，尤其在209Bi中表现明显，使预测值更接近实测值。
• 结果表明，改进的CEM可作为模拟加速器驱动系统与嬗变应用中重核裂变的更可靠工具。