[论文解读] On Solar System and Cosmic Rays Nucleosynthesis and Spallation Processes

S. G. Mashnik|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2000

History and Developments in Astronomy参考文献 6被引用 8

一句话总结

本文通过在核天体物理应用中整合最新、可靠的散裂截面数据，取代过时的实验和理论值，倡导提升天体物理模拟的精度。强调结合实验数据、现象学系统规律以及先进模型（如CEM95和HMS-ALICE），构建适用于天体物理的通用评估散裂截面库，从而提升核合成、宇宙射线及宇宙射线暴露研究的准确性。

ABSTRACT

A brief survey of nuclide abundances in the solar-system and in cosmic rays and of the believed mechanisms of their synthesis is given. The role of spallation processes in nucleosynthesis is discussed. A short review of recent measurements, compilations, calculations, and evaluations of spallation cross sections relevant to nuclear astrophysics is given as well. It is shown that in some past astrophysical simulations, old experimental nuclear data and theoretical cross sections that are in poor agreement with recent measurements and calculations were used. New astrophysical simulations using recently measured and reliably calculated nuclear cross sections, further researches in obtaining better cross sections, and production of evaluated spallation cross sections libraries for astrophysics are suggested.

研究动机与目标

• 解决由于使用过时或不准确的散裂截面数据而引起的天体物理模拟中长期存在的不确定性。
• 强调散裂过程在产生轻元素（Li、Be、B）以及宇宙射线和行星表面中放射生成核素中的关键作用。
• 通过整合多种数据类型，克服以往模拟中依赖单一来源截面数据的局限性。
• 通过融合实验测量、模型计算与现象学系统规律，推进天体物理核数据评估的发展。
• 开发一个全面的、经评估的天体物理散裂截面库，类似于洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）在医用同位素生产方面的现有工作。

提出的方法

• 回顾与天体物理相关的散裂截面最新测量、汇编与计算结果。
• 将使用过时截面数据的历史天体物理模拟与来自LANL T-2和EAF-97库的现代可靠数据进行对比。
• 针对每个反应区域，整合实验数据、现象学系统规律以及最先进代码（CEM95、HMS-ALICE）的预测。
• 采用多源数据融合方法，评估入射能量、弹核、靶核及最终核素的激发函数。
• 提出构建一个类比LANL T-2库（用于医用同位素应用）的通用评估散裂截面库，以供天体物理应用。
• 将现有核数据库（NUCLEX、T-2、CSIRS、ECSIL）与天体物理需求相结合，以支持未来的模拟工作。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何以往的天体物理模拟在轻元素核合成（特别是Be和B）方面产生不一致的结果？
• RQ2 模拟中使用过时的散裂截面在多大程度上扭曲了对宇宙射线和太阳系核素丰度的预测？
• RQ3 如何通过整合现代实验数据、模型计算与现象学系统规律来提升散裂截面评估的可靠性？
• RQ4 构建适用于天体物理应用的通用评估散裂截面库的最佳策略是什么？
• RQ5 如何协调现有核数据库（如T-2、EAF-97、CSIRS）以支持精确的天体物理模拟？

主要发现

• 以往的天体物理模拟依赖于与最新测量结果和现代模型严重不符的过时实验与理论散裂截面。
• 散裂过程不仅对Li-Be-B的生成至关重要，也对宇宙射线中的放射生成核素合成、月球与陨石材料的宇宙射线暴露，以及正电子发射体的形成具有关键影响。
• 仅依赖单一数据源（如单一模型或实验）会导致不可靠预测；必须结合实验、系统规律与模型的多源方法才能确保可靠性。
• CEM95与HMS-ALICE代码在70–280 MeV/nucleon能量范围内对(p,x)和(n,x)反应提供了可靠的预测，其评估结果与实验数据高度一致。
• 基于实验数据、模型计算与现象学系统规律构建的通用评估散裂截面库，将显著提升天体物理模拟的准确性。
• 将现有数据库（如T-2、EAF-97、CSIRS、ECSIL）整合并扩展新测量数据——尤其是富集靶或反冲几何实验——将支持稳健的大规模天体物理建模。