Comparison of heavy-ion transport simulations; Collision integral in a box

重イオン輸送シミュレーションの比較; 箱内の衝突積算

Zhang, Y.-X.*; Wang, Y,-J.*; Colonna, M.*; Danielewicz, P.*; 小野 章*; Tsang, M. B.*; Wolter, H.*; Xu, J.*; Chen, L.-W.*; Cozma, D.*; Feng, Z.-Q.*; Das Gupta, S.*; 池野 なつ美*; Ko, C.-M.*; Li, B.-A.*; Li, Q.-F.*; Li, Z.-X.*; Mallik, S.*; 奈良 寧*; 小川 達彦   ; 大西 明*; Oliinychenko, D.*; Papa, M.*; Petersen, H.*; Su, J.*; Song, T.*; Weil, J.*; Wang, N.*; Zhang, F.-S.*; Zhang, Z.*

Zhang, Y.-X.*; Wang, Y,-J.*; Colonna, M.*; Danielewicz, P.*; Ono, Akira*; Tsang, M. B.*; Wolter, H.*; Xu, J.*; Chen, L.-W.*; Cozma, D.*; Feng, Z.-Q.*; Das Gupta, S.*; Ikeno, Natsumi*; Ko, C.-M.*; Li, B.-A.*; Li, Q.-F.*; Li, Z.-X.*; Mallik, S.*; Nara, Yasushi*; Ogawa, Tatsuhiko; Onishi, Akira*; Oliinychenko, D.*; Papa, M.*; Petersen, H.*; Su, J.*; Song, T.*; Weil, J.*; Wang, N.*; Zhang, F.-S.*; Zhang, Z.*

2017年4月に開催された国際会議Transport2017において、重イオン核反応モデルの国際的な比較が議論された。重イオン加速器の安全評価や宇宙飛行士の被ばく評価等で重要な役割を果たすため、世界中で重イオン核反応の様々な理論モデルが開発されている。本研究はモデル間の共通点と差異を明らかにし、各モデルの問題点を明らかにした。比較において、辺の長さが20fmの直方体に320個の中性子と320個の陽子をランダム配置し、それらが時間発展に伴って起こす散乱の回数や散乱時のエネルギーなどを計算する条件が設定された。また、結果以外にも、理論モデルを構成するアルゴリズムについても比較を行った。発表者は重イオン核反応モデルJQMD(JAERI Quantum Molecular Dynamics)を用いて計算を行い、世界で開発されている15の計算コードによる計算結果と比較した。コードアルゴリズムの比較では、JQMDは必ず陽子から 優先的に衝突確率を計算し、その後に中性子の衝突を計算するため、物理描像の妥当性が指摘された。一方、JQMDは他のモデルとほぼ同じ計算結果を出すことも判明した。衝突回数や運動量の計算値が平均から2倍以上乖離するモデルもある中で、JQMDは本計算条件で安定した性能を発揮することが確認された。

International comparison of heavy-ion induced reaction models were discussed in the international conference "Transport2017" held in April 2017. Owing to their importance for safety assessment of heavy-ion accelerators and dosimetry of astronauts, various models to simulate heavy-ion induced reaction models are developed. This study is intended to clarify the difference among them to pinpoint their problems. In the comparison study, 320 protons and 320 neutrons were packed in a 20-fm-large cube to calculate the number of particle-particle collisions as well as the energies of collisions during the time evolution. In addition to the calculation, their algorithms were compared. The author contributed to this study by running calculation using JQMD (JAERI Quantum Molecular Dynamics). The results were compared with those calculated by the other 15 codes from over the world. Algorithm comparison showed that JQMD calculates collision probabilities from protons at first and collisions by neutrons are simulated later, which might be unreasonable. On the other hand, it was clarified that the calculation by JQMD agrees with those by the others. Despite the fact that some codes deviate from the average by a factor of 2, JQMD exhibited stable performance.