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Analysis of multi-fragmentation reactions induced by relativistic heavy ions using the statistical multi-fragmentation model

高エネルギーの重イオンによるマルチフラグメンテーション反応の統計マルチフラグメンテーションモデルを用いた分析

小川 達彦   ; 佐藤 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 仁井田 浩二*

Ogawa, Tatsuhiko; Sato, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Niita, Koji*

約100MeV/u以上の重イオンが原子核と衝突した際に原子核が細かい破砕片に分裂する反応(フラグメンテーション反応)を、従来のPHITSの反応モデルJQMD(JAERI Quantum Molecular Dynamics)とGEM(Generalized Evaporation Model)に、SMM(Statistical Multi-fragmentation Model)を新たに組合せて再現を行った。従来SMMは限定的な条件でのみベンチマークされており、汎用放射線輸送計算コードへの適用性は明らかでなかった。しかし計算を行ったところ、従来100倍以上過小評価されていた重核(鉛など)のフラグメンテーション反応断面積が、数10%以内で一致するようになった。さらに、フラグメンテーション反応時に同時に生成する中性子や、軽い核の生成断面積の再現性はSMMによって悪化しないことも示した。なお、従来JQMDによる核内カスケードの計算は150fm/cの間行っていたが、SMMはその一部をJQMDに代わって表現するため、その時間を75fm/cに短縮する必要があることも明らかになった。また、SMMが必要とする物理パラメータや計算上のパラメータは、それぞれ適切に選択することで高い計算精度と計算時間の短縮が実現できた。本研究により、SMMを汎用放射線輸送計算コードへ適切に組み込むことで、フラグメンテーション反応の再現精度を画期的に向上できることが明らかになった。

The fragmentation cross-sections of relativistic-energy nucleus-nucleus collisions were analyzed by SMM (Statistical Multi-fragmentation Model) incorporated with the Monte-Carlo radiation transport simulation code PHITS (Particle and Heavy Ion Transport code System). Comparison with literature data shows PHITS-SMM reproduces fragmentation cross-sections of heavy nuclei in relativistic-energies better than PHITS by up to two orders of magnitude. It is also found that SMM does not degrade neutron production cross-sections in heavy ion collisions or fragmentation cross-sections of light nuclei, for which SMM have not been benchmarked. Therefore, SMM is a robust model to supplement conventional nucleus-nucleus reaction models for more accurate prediction of fragmentation cross-sections.

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分野:Instruments & Instrumentation

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