[论文解读] Complete calculation of evaluated Maxwellian-averaged cross sections and their uncertainties for s-process nucleosynthesis

B. Pritychenko|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2010

Nuclear Physics and Applications参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文利用评估中子库（JENDL-4.0、ROSFOND 2010、ENDF/B-VII.0、CENDL-3.1、JEFF-3.1）对所有s过程核素完成了完整且高精度的麦克斯韦平均中子俘获截面及其不确定性的计算。通过使用PREPRO和Wolfram Mathematica对线性化ENDF文件进行先进数据处理，实现了精确的积分计算，并首次对这些截面进行了系统性不确定度量化，显著提升了s过程核合成的天体物理反应速率预测精度。

ABSTRACT

Present contribution represents a significant improvement of our previous calculation of Maxwellian-averaged cross sections and astrophysical reaction rates. Addition of newly-evaluated neutron reaction libraries, such as ROSFOND and Low-Fidelity Covariance Project, and improvements in data processing techniques allowed us to extend it for entire range of s-process nuclei, calculate Maxwellian-averaged cross section uncertainties for the first time, and provide additional insights on all currently available neutron-induced reaction data. Nuclear reaction calculations using ENDF libraries and current Java technologies will be discussed and new results will be presented.

研究动机与目标

• 扩展整个s过程路径上准确的麦克斯韦平均截面计算，涵盖以往评估库中缺失的同位素。
• 利用低保真度协方差数据，首次系统性地计算麦克斯韦平均中子俘获截面的不确定度。
• 通过利用高精度线性化ENDF文件和符号积分技术，改进数据处理技术，实现精确的积分计算。
• 通过验证s过程平衡条件（即σ × N_A在质量数A上保持恒定）来验证结果。
• 更新并增强位于NNDC的公共网络应用“麦克斯韦平均截面与天体物理反应速率”，以供更广泛的社区使用。

提出的方法

• 使用PREPRO代码以0.1%的精度重建ENDF库中的共振区域，以确保点截面的准确性。
• 在每个能量区间的线性化ENDF文件中应用线性插值（公式2）以实现高分辨率积分。
• 通过Wolfram Mathematica的符号积分方法，对麦克斯韦平均截面公式（公式1）在整个能量范围（10⁻⁵ eV至20 MeV）内进行精确的定积分计算。
• 利用低保真度协方差项目提供的低保真度协方差数据计算不确定度，实现ENDF/B-VII.0及其他库的不确定度传播。
• 通过将30 keV处计算得到的截面乘以太阳系同位素丰度，并检查σ × N_A在s过程路径上的恒定性，对结果进行验证。
• 将结果整合进NNDC的公共网络应用中，实现实时访问截面和反应速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用现代评估中子库，能否在全s过程路径上高精度地计算麦克斯韦平均中子俘获截面？
• RQ2 s过程核素的麦克斯韦平均截面存在哪些不确定度？这些不确定度在不同同位素和不同库之间如何变化？
• RQ3 不同评估中子库（如ROSFOND 2010、JENDL-4.0、ENDF/B-VII.0）在30 keV处的截面值一致性如何？
• RQ4 麦克斯韦平均截面与太阳系同位素丰度的乘积是否在s过程路径上保持近似恒定，如平衡条件所预期？
• RQ5 在使用线性化ENDF文件进行符号积分，与传统数值方法（如Simpson法则）相比，能多大程度提升精度？

主要发现

• ROSFO 2010对s过程核素的覆盖最完整，涵盖354种同位素中的347种（98%覆盖），仅缺少12C、110Ag以及若干Ce和Pr同位素。
• 首次利用低保真度协方差数据实现了麦克斯韦平均截面的系统性不确定度量化，例如ENDF/B-VII.0中82Kr在30 keV处的截面为102.7 ± 20.97 mb。
• KADONIS与评估库之间结果一致性良好，偏差在预期不确定度范围内，验证了新方法的有效性。
• 对于116Sn，σ × N_A乘积异常偏高，表明其受r过程贡献影响，偏离了纯s过程平衡状态。
• 134Ba和136Ba在30 keV处的计算截面分别为70.01 mb和70.01 mb，各库之间高度一致，支持数据的可靠性。
• 2011财年，NNDC的网络应用http://www.nndc.bnl.gov/astro已更新本研究结果，显著提升了公众对高精度天体物理反应数据的访问能力。