[论文解读] Extension of the LAQGSM03.01 Code to Describe Photo-Nuclear Reactions up to Tens of GeV

K. K. Gudima, S. G. Mashnik|ArXiv.org|Jul 6, 2006

Nuclear Physics and Applications被引用 7

一句话总结

该论文将LAQGSM03.01代码扩展至模拟高达数十GeV的光致核反应，通过引入56个新的γp和γn反应通道，实现了对高能光致反应的精确模拟。扩展后的模型在多种反应中（包括质量产额和动量分布）与实验数据表现出良好一致性，且无需重新拟合参数，标志着首次使用单一事件生成器成功描述这些高能数据。

ABSTRACT

The Los Alamos version of the Quark-Gluon String Model implemented in the code LAQGSM03 was extended to describe photonuclear reactions at energies up to tens of GeV. We have incorporated 56 channels to consider gamma+p elementary interactions during the cascade stage of reactions and 56 channels for gamma+n interactions, in addition to absorption of photons on two-nucleon pairs, into LAQGSM03 and have tested the extended code referred to as LAQGSM03.01 on a number of measured high-energy photonuclear reactions. Here, we present the photonuclear reaction model of LAQGSM03.01 and show examples of its results compared with available experimental data.

研究动机与目标

• 将LAQGSM03.01代码扩展至描述能量超过1.5 GeV的光致核反应，此前版本在此能量范围受限。
• 将莫斯科高能光致核模型中的高能γp和γn基本反应通道整合进LAQGSM03.01。
• 为核能、空间辐射和加速器设施等应用，实现高能光致核反应的精确模拟。
• 利用现有高能实验数据对扩展模型进行验证，包括粒子产额、动量分布和核素生成谱。

提出的方法

• 在LAQGSM03.01中集成56个新的γp和γn反应通道，将模型能量范围扩展至数十GeV。
• 采用莫斯科光致核模型中的高能事件生成器作为γp和γn反应的基础，辅以自定义插值和角分布算法。
• 使用单个随机数进行蒙特卡罗采样，以确定每个通道的反应角度和截面。
• 对通道#1–14采用平滑近似方法处理部分截面和微分分布，基于实验数据。
• 开发独立程序模块，利用均匀随机变量模拟dσ/dΩ并选择散射角Θ。
• 将扩展的级联模型与现有的蒸发/裂变/碎片化模型（GEM2、GEMINI、SMM）相结合，实现完整反应链的模拟。

实验结果

研究问题

• RQ1 LAQGSM03.01代码能否准确描述能量高达数十GeV的光致核反应，超越其先前1.5 GeV的限制？
• RQ2 新引入的γp和γn反应通道在粒子产额、动量分布和核素生成方面的实验数据再现能力如何？
• RQ3 与高能实验数据相比，扩展模型在无需参数重新拟合的情况下是否保持准确性？
• RQ4 当比较核素逐个产额与Z-平均分布时，模型性能提升的程度如何？
• RQ5 LAQGSM03.01能否在MCNP6和MARS等输运代码中，对具有真实靶体几何形状和核素组成的高能光致核反应进行模拟？

主要发现

• 扩展后的LAQGSM03.01模型成功描述了高达6 GeV的高能光致核反应，计算结果与实验数据在质量产额、动量分布和R=F/B比值方面表现出良好一致性。
• 对于238U在6 GeV轫致辐射光子照射下的情况，模型精确再现了实测的核素质量分布，如图7所示。
• 核素逐个比较（图6）显示数据与计算结果的吻合度有所提升，尽管仍存在部分差异，主要源于实验假设和靶厚度差异。
• 该模型在无需任何参数重新拟合的情况下，与多个反应的实验数据保持合理一致，表明其具备稳健性和预测能力。
• LAQGSM03.01现已集成至MARS，并正在集成至MCNP6和MCNPX，使其可作为复杂输运模拟中的事件生成器使用。
• 据作者所知，此前尚无任何模型或代码能以如此一致的方式再现这些高能光致核数据，标志着该能区首次取得成功。