Incorporation of the statistical multi-fragmentation model in PHITS and its application for simulation of fragmentation by heavy ions and protons

統計マルチフラグメンテーションモデルのPHITSへの実装及び重イオン・陽子入射フラグメンテーション反応シミュレーションに対する適用

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*

統計マルチフラグメンテーションモデルを新たに組み込んだPHITS(PHITS-SMM)を用いて、相対論的エネルギーでの重イオン入射や陽子入射によるフラグメント生成断面積を計算した。過去の実験値との比較によると、PHITS-SMMはPHITSに比べて、Pb(C,x)反応のフラグメント生成断面積を最大で二桁程度精度よく予測できることが判明した。さらに、Fe(p,x)やPb(p,x)への陽子入射反応に対しても、PHITS-SMMはPHITSが過小評価していた軽いフラグメント生成断面積を数倍高い精度で予測できることが判明した。これは従来のPHITSがJQMDGEMというモデルの組合せで反応を計算していたため、JQMDの後に残った核は質量を失いにくく、一方でPHITS-SMMのJQMDSMMGEMという組合せでは、SMMの段階で質量が大きく変化する反応が可能になり、特に軽いフラグメントの生成が可能になったことが理由であると考えられる。従来、統計マルチフラグメンテーションモデルは重元素(Au,Pb等)への重イオン入射反応に対して考案されたものだが、それが陽子入射反応や中重元素である鉄に対しても有効であり、統計マルチフラグメンテーションモデルの実装によりフラグメントの生成量予測を高精度化できることを本研究は初めて示した。

The fragmentation cross-sections of relativistic energy nucleus-nucleus and proton-nucleus collisions were analyzed using the Statistical Multi-fragmentation Model (SMM) incorporated with the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). The fragmentation cross-sections simulated by PHITS-SMM and PHITS were compared with the literature data. For heavy-ion-induced reactions, the simulation by PHITS-SMM predicted fragmentation cross-sections up to two orders of magnitude more accurate than PHITS. For proton-induced reactions, noticeable improvements were observed for both heavy and medium-mass target. Therefore, implementation of a multi-fragmentation model is a robust way to accurately predict fragmentation cross-sections at intermediate energies.