[论文解读] Nuclide Production in 197Au, 208Pb, and natU Irradiated with 0.8-1 GeV Protons: Comparison with other Experiments and with Theoretical Predictions

S. G. Mashnik, R.E. Prael+9 more|ArXiv.org|Jan 26, 2004

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 10被引用 3

一句话总结

本研究利用高分辨率高纯锗谱仪，测量了在0.8–1 GeV质子轰击下197Au、208Pb和natU靶中超过400种核素的生成截面。结果表明，产额比GSI数据高出约10–20%，与理论模型CEM2k+GEM2、LAQGSM+GEM2和INCL+ABLAb的比较显示，在中等能量下对重离子散裂和碎片化反应的预测精度存在差异。

ABSTRACT

The ITEP proton synchrotron U10 was used to irradiate isotopically-enriched 208Pb and natU thin targets with 1.0 GeV protons and 197Au thin targets with 0.8 GeV protons. More than 400 cross sections of the nuclides produced were measured using the direct spectrometry method with a high-resolution Ge detector. The measured cross sections are compared with similar data obtained at GSI for kinematically inverse reactions of 1 GeV/nucleon 208Pb, 1 GeV/nucleon 238U, and 0.8 GeV/nucleon 197Au interacting with a hydrogen target and with the ZSR data on natPb and 197Au irradiated with 1 and 0.8 GeV protons, respectively. Our results are on average ~ 10 to 20% higher than the GSI data. The measured data are analyzed with the LANL codes CEM2k+GEM2 and LAQGSM+GEM2 and with the INCL intranuclear cascade code from Liege merged with the GSI evaporation/fission code ABLA.

研究动机与目标

• 测量197Au、208Pb和natU靶在0.8–1 GeV质子轰击下的核素生成截面。
• 将实验结果与GSI和ZSR的现有数据进行比较，以验证和评估一致性。
• 评估理论模型（CEM2k+GEM2、LAQGSM+GEM2、INCL+ABLAb）对实测数据的预测性能。
• 支持核废料嬗变和加速器驱动系统所需的核数据。

提出的方法

• 使用ITEP 10 GeV质子回旋加速器对薄而同位素富集的208Pb和natU靶进行1.0 GeV质子轰击，对197Au靶进行0.8 GeV质子轰击。
• 利用高分辨率高纯锗探测器直接进行谱仪测量，以识别和量化生成的放射性核素。
• 通过辐照样品的伽马射线谱学测量超过400种核素的生成截面。
• 将实验数据与GSI的逆向动力学反应数据和ZSR的natPb及197Au数据进行比较。
• 采用LANL代码CEM2k+GEM2和LAQGSM+GEM2，以及INCL核内级联模型与ABLAb蒸发和裂变模型耦合进行建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 在相似能量下，ITEP测得的197Au、208Pb和natU靶的核素生成截面与GSI和ZSR实验数据相比如何？
• RQ2 当前理论模型（CEM2k+GEM2、LAQGSM+GEM2、INCL+ABLAb）在多大程度上能准确预测实测截面？
• RQ3 在0.8–1 GeV能量范围内，正向与逆向动力学反应数据之间存在哪些系统性差异？
• RQ4 实验结果如何影响核反应代码在嬗变和废料分离应用中的可靠性？
• RQ5 与GSI数据相比，观察到的10–20%更高的产额对模型标定和核数据库更新有何影响？

主要发现

• 测得的截面平均比GSI报告的类似反应高10–20%。
• ITEP与GSI数据之间的差异在208Pb和natU靶生成中等和重质量核素时最为显著。
• CEM2k+GEM2和LAQGSM+GEM2模型与实验数据有中等程度的一致性，但系统性偏差明显，特别是在裂变和碎片化通道中。
• INCL+ABLAb模型相比其他模型与实验数据吻合更好，尤其在复杂残余核素生成方面。
• 结果凸显了改进核反应模型和更新高能散裂与嬗变应用核数据库的必要性。