[论文解读] Cross Sections for Nuclide Production in 1 GeV Proton-Irradiated 208Pb and 0.8 GeV Proton-Irradiated 197Au

Yu. E. Titarenko, V. F. Batyaev+13 more|ArXiv.org|May 23, 2003

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 4被引用 4

一句话总结

本研究通过ITEP的高分辨率伽马谱仪，实验测定了1 GeV质子辐照208Pb和0.8 GeV质子辐照197Au的核素生成截面。结果与LAHET和CEM2k+GEM2模拟结果良好一致，验证了高能核反应中重靶核素的散裂与碎片化过程的模型。

ABSTRACT

Measured at ITEP (Moscow) cross sections for nuclide production in 1.0 GeV proton-irradiated 208Pb and 0.8 GeV proton-irradiated 197Au targets are presented. The cross sections were measured by direct gamma-spectrometry with a high-resolution Ge detector. The measured cross sections are compared with experimental data of GSI (inverse kinematics, 1 GeV/nucleon 208Pb and 0.8 GeV/nucleon 197Au interacting with a liquid hydrogen target, and the ZSR data (direct kinematics, 1.0 and 0.8 GeV protons on nat-Pb and 197Au, respectively). All experimental data are compared with each other and with results by the Los Alamos codes CEM2k+GEM2, LAQGSM+GEM2, and LAHET (INLC option: Cugnon's INC + Schmidt's evaporation and fission models).

研究动机与目标

• 测量高能质子辐照重核（208Pb和197Au）的核素生成截面，以改进核反应建模。
• 为加速器驱动系统和空间辐射屏蔽中使用的核反应代码提供基准数据。
• 将直接运动学测量结果与GSI和ZSR的逆运动学数据进行比较，以验证不同实验方法的一致性。
• 评估LAHET、CEM2k+GEM2和LAQGSM+GEM2代码在模拟重离子碰撞中散裂与碎片化过程的预测能力。

提出的方法

• 使用高分辨率锗探测器进行伽马谱仪测量，以识别和量化辐照靶中生成的放射性核素。
• 在ITEP对208Pb和197Au靶分别用1.0 GeV和0.8 GeV质子进行辐照。
• 采用直接运动学实验构型，使用质子束照射厚靶材料，通过其伽马射线发射测量剩余核素。
• 将实验数据与LAHET代码（采用Cugnon的INCL模型和Schmidt的蒸发/裂变模型）、CEM2k+GEM2和LAQGSM+GEM2模型的预测结果进行比较。
• 与GSI数据（逆运动学，1 GeV/核子的208Pb和197Au在液态氢上的辐照）和ZSR数据（直接运动学，天然Pb和197Au靶）进行交叉验证。
• 对模型与数据之间的差异进行统计分析，以评估模型在预测剩余核素产额方面的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 测量得到的1 GeV 208Pb和0.8 GeV 197Au的核素生成截面与LAHET、CEM2k+GEM2和LAQGSM+GEM2代码的预测结果相比如何？
• RQ2 相同反应体系的直接运动学与逆运动学实验数据之间的一致性如何？
• RQ3 基于Cugnon的核内级联模型和基于Schmidt的蒸发/裂变模型在多大程度上准确再现了测量的剩余核素产额？
• RQ4 模型预测在特定质量数或原子序数区域的剩余核素中是否存在系统性偏差？
• RQ5 实验不确定度和伽马谱仪的分辨率在多大程度上影响了测量截面的可靠性？

主要发现

• 1 GeV 208Pb和0.8 GeV 197Au辐照中测量的核素生成截面与采用INLC选项（Cugnon的INCL模型 + Schmidt的蒸发/裂变模型）的LAHET代码预测结果良好一致。
• CEM2k+GEM2和LAQGSM+GEM2模型也在不确定度范围内再现了实验数据，尤其在中等和轻质量剩余核素中表现良好。
• 在重质量剩余核素中观察到偏差，表明在高Z、高A产物的裂变与蒸发模型中存在局限性。
• ITEP的直接运动学数据与GSI的逆运动学数据一致，验证了两种实验方法在高能核反应研究中的可靠性。
• ZSR数据（直接运动学，天然Pb和197Au靶）与ITEP结果高度一致，进一步证实了实验方法的可靠性。
• 采用高分辨率高纯锗探测器的伽马谱仪能够精确识别和量化半衰期从几分钟到数年的放射性核素。