核-数-据-库-运-用-方-法.ppt1

快中子反应截面及核数据库孔祥忠兰州大学核科学与技术学院目录前言一、核数据库介绍二、世界主要评价中子核数据库的发展和现状三、ENDF数据库四、国际评价中子核数据库使用五、中国核数据中心的建立六、快中子反应截面测量七、军用核数据介绍前言核数据是不可缺少的重要科学数据﹐在基础科研﹑国防建设﹑国民经济的很多方面发挥着重要作用。国际上一些主要核国家都十分重视核数据测量和评价工作，至20世纪末，国际上几个主要核数据中心经过几十年的艰苦努力，相继建立并不断完善了各具特色的中子评价核数据库，如BROND-2(俄罗斯)、CENDL-2(中国)、ENDF-VI(美国)、JEF-2(欧共体)、JENDL-3(日本)。本报告以中子核数据为重点介绍了核数据的相关知识和数据库的运用以及快中子核反应截面数据的测量。一、核数据库介绍1．核数据主要应用领域：（1）裂变、聚变反应堆设计；（11）炸药和毒品的检验；（2）加速器设计及操作；（12）辐射损伤研究；（3）屏蔽及辐射防护设计；（13）辐射废弃物处置（4）安全临界；（14）太空旅行（5）核武器及核物理研究……（6）医学放射线治疗；（7）放射性同位素治疗及诊断学；（8）放射性同位素生产和应用；（9）石油及其他矿产资源的探查；（10）地质及环境工作；2、核数据分类：核数据可分为两大类⑴、有关单个原子核的性质的数据，常称作核结构数据或放射性衰变数据。⑵、有关原子核与其他粒子或核(如中子、带电粒子、光子等)发生相互作用的数据，常称作核反应数据。中子核数据即是后者的一种，此外还有带电粒子数据、光子数据等均属此类。3、核数据来源：①实验测量，这是主要的；②理论计算或内插、外延的方法获得的。因为对于同一截面数据，不同的实验可能给出不同的数值，这就必然要对已有的核数据进行分析、选取和评价。由于在实际工作计算中要涉及到大量的同位素以及广阔能域内核反应截面与能量的复杂关系，其所需的核数据量是非常庞大的，以及实验条件的限制，现有的实验数据不可能完全覆盖。对于一些能域或核素还存在着空白，用理论方法求得结果来填补这些空缺的数据。同时理论方法还可以指导对实验数据的选取和评价。4、评价数据库随着计算机技术的迅速发展，计算机模拟应用越来越广泛，这就需要完善的成套数据作为输入数据。从原始实验数据到可供我们使用的数据，需要做大量的编纂(包括收集、整理和存储有关实验数据和资料)和评价(包括分析、比较、鉴定和理论处理等)工作，甚至还需要通过一系列积分实验与理论计算得到的结果进行比较来检验这些数据的可靠性、自洽性与精确性，最后汇编成便于我们使用的数据格式，形成评价数据库。5、国际主要的核数据中心自20世纪60年代以来，国际上先期成立了4个核数据中心，并建立和发展了其各自的评价数据库。继而，日、德、英、荷、法、意、澳等国也相继建立了自己的评价核数据库详见表-1表1-1当前国际上几个主要中子评价数据库核数据中心中子评价数据库最近更新时间/年份CJD(俄罗斯)BROND-2.21993CNDC(中国)CENDL-2.11997NNDC(美国)ENDF/B-VI1997NEADataBank(欧共体)JEF-2.21993IAEA-NDSFENDL/E2004JNDC(日本)JENDL-3.320027.世界上现有的主要评价核数据库有美国国家核中心(NNDC)的ENDF(ENDF/B-VI版中包含329个核素)欧共体核能局(NEADB)的JEF(JEF-2.2版中包含314个核素)日本原子能研究所核数据中心的JENDL(JENDL-3.3版中包含340个核素)俄罗斯的BROND(BROND-2.2版中包含121个核素)中国核数据中心的CENDL(CENDL-2版中包含54个核素)等。上述评价数据库都按ENDF格式建立，便于存储、检索、国际交流和进行数据处理。不同数据库覆盖的靶核核素有所差别，特点也不一样，使用者可根据不同的需要选择使用。6、核数据的国际合作从60年代开始，一些国家就建立自己的评价中子核数据库，且以美国为首，互相保密，互相竞争。自90年代前后，随着美国ENDF/B-6的公开，各国的评价中子核数据也相继公开，开始了国际合作。但是出于各自的应用目的，仍然保留自己的评价中子核数据库。而没有一个像实验中子数据库（EXFOR)那样的国际上统一的评价中子数据库。现今，核数据的国际合作已经有了很大发展，有了固定的模式和成熟的经验，核数据评价的国际合作主要通过两种渠道进行协调组织。一是国际原子能机构的国际核数据委员会，定期研究国际核数据的发展，确定核数据的发展项目，由国际原子能机构的核数据科（NDS）通过组织协调研究项目（CRP）予以实现。另一种渠道是欧共体核能局（NEA）组织的国际评价合作工作组（简称NEAWPEC）。工作组根据需要，设立若干由各国有关领域感兴趣的专家参加的工作组（Subgroup)对评价中需要解决的重要问题进行专门研究。CRP和Subgroup的研究内容，在很大程度上可认为是当今世界上核数据评价领域的重要课题和发展趋向。二、世界主要评价中子核数据库的发展和现状五大评价中子数据库都在不断更新再版、不断增加核素五大评价中子数据库都在不断更新再版、不断增加核素、增加数据文档（类型）和提高精度。图2-1给出各库更新再版的情况。2.1ENDF/B-6和ENDF/B-7美国自1990年发行ENDF/B-6以来，每两年更新一次，至1997年发行ENDF/B-6.4。此后每年更新一次，至1999年发行ENDF/B-6.6。2000年甚至一年更新二次。美国现在已经决定在未来3－5年内，建立ENDF/B-7，该版将包含新的标准，运用新的格式，将能量向高能延伸（例如150Mev)。2.2JENDL-3.2和JENDL-3.3JENDL-3.2完成发行于1994年6月。此后在使用和宏观检验过程中发现了一些问题，于1997年4月开始对其进行一系列的改进，建立改进版JENDL-3.3。该版于2001年完成发行。较之JENDL-3.2，JENDL-3.3将有下列特点和改进：（1）增加协方差文档，包括主要的锕系核、结构材料和冷却剂核素；（2）“同位素评价政策”，强调给出同位素数据，JENDL－3.2“天然元素政策”强调给出天然元素数据；（3）增加新的核素，如Er（可燃毒物）等；（4）增加聚变用核素的γ产生数据；（5）更新数据，如U和Pu同位素的共振参数及阈反应截面，结构材料的共振参数、γ产生数据、中子发射谱等约30几个核素。2.3JEF-2.2和JEF-3欧共体的JEF库有两部分，通用库JEF和聚变堆用库EFF。从1996年开始了它们的最新版本JEF-2.2和EFF-4，两者已于1999年完成并提供使用。与此同时，NEA决定于1997年将两者合并，建立JEF-3库，次库于2001年完成。JEF-3是综合库，是多用途的，特别是对裂变堆、核废物处理、加速器驱动系统和聚变。较之JEF-2.2，JEF-3有下列特点和发展（1）改进的数据质量保证体系；（2）主要同位素能量延伸至150Mev；（3）重点在协方差数据；（4）考虑到JEF-2.2的基准检验结果；（5）采用欧洲活化库（EAF）的最新版本。2.4CENDL-2.1和CENDL-3中国的CENDL-2.1于1991年完成发行，它包含了代表当时先进水平的双微分截面和协方差文档，说明我们在评价方法，评价技术和评价手段上具有相当的水平，但核素比较少，很难满足实用的需要。我们从1996年开始建立CENDL-3并于2000年底完成CENDL-3有下列特点和改进：（1）核素增加至200个，其中包括裂变产物核91个，所有这些核的数据都是新评价和计算的；（2）增加结构材料核同位素的数据，与天然元素同时给出，天然元素数据与其同位素数据之间满足物理上的自洽关系；（3）明显改进的部分是轻核的双微分截面数据；（4）更新改进了重要裂变核素，如，等的数据；（5）与宏观检验紧密结合。235,238U239Pu2.5BROND-2.2和BROND-3俄罗斯（前苏联）的BROND-2.2于1993年底完成，此后作了一些评价改进，特别是锕系核素数据，但看不出国内的统一安排和计划。大多是国际合作（ISTC）项目，大约在1997年，他们提出了建立BROND-3。但至今没有具体的计划和时间表，无从知道所包含的内容和完成时间。三、ENDF数据库ENDF(EvaluatedNuclearDataFile)库主要由美国国家核数据中心(NNDC)维护，其中的数据由美国截面评价工作组根据应用的需要来选择，通过检验后加入库中。其目的是提供适用于各种中子学和光子学计算所需要的具有通用格式的评价数据，是目前得到国际公认的比较完整和先进的核数据库。它由A和B两个库组成，ENDF/A库主要储存各种核素的完整的或是不完整的原始核数据。对于某些特定核，它可以包括若干套不同系列的数据，而对于某些核的某些反应道则可能没有任何数据。这些核数据没有经过评价和检验。鉴于ＥＮＤＦ数据库的重要作用下面主要介绍其组成和内容ENDF/B库下面以ENDF/B-Ⅵ库为例简要介绍目前国际上通用的中子核数据库的主要内容及结构。ENDF/B库则是经过评价后的数据库，对于某一特定材料，只包含一组评价截面，数据尽可能完整。B库中还包括了一些文献信息，以便于把库中的数据与其他文献上的数据进行比较，并根据新的情况不断修改库中数据。由于核物理测量技术的不断进步和核反应理论模型的不断完善发展，核数据也进行着不断的更新和补充，同时ENDF/B库也不断地重新评价和更新自第一版ENDF/B-Ⅰ于1968年问世以来经过多次更新。1991年发表了第六版—ENDF/B-Ⅵ，库中包含有核反应所需要的各种核素，总数达329个，能量从10-5eV～20MeV范围内的所有重要的中子核反应的整套数据。例如，它包括：入射中子数据、热中子散射数据、裂变产物产额数据、辐射衰变数据、入射带电粒子和光核反应数据、光子与原子相互作用数据、电子与原子相互作用数据、原子弛豫数据、反应产物的能量－角度分布等。其中包含了不同子库，由NSUB标识，NSUB=10表示中子入射数据，详见表3-1表3－1ENDF各子库号所对应的入射粒子NSUB入射粒子子库名称NSUB入射粒子子库名称0γ光-核数据库11n中子裂变产物产额1γ光致裂变产物产额12n热中子散射数据3γ光子-原子相互作用数据113e电子-原子相互作用数据4无放射性衰变数据10010p质子入射数据5无自发裂变产物产额10011p质子致裂变产物产额6无原子弛豫数据10020d氘入射数据10n中子入射数据10040αα入射数据ENDF/B–Ⅵ库数据中，允许较高的入射能，加入了更复杂的描述出射粒子的数据—双微分截面，提供了入射带电粒子和光子引起的核反应数据。ENDF/B–Ⅵ库已广泛用于中子、光子和带电粒子等在物质中的输运过程计算。其他应用还包括裂变、聚变反应堆计算、屏蔽及辐射防护的计算、安全临界、核武器及核物理研究、医学放射线疗法、放射性同位素治疗及诊断学、加速器设计及操作、地质及环境工作、辐射废弃物处置计算和太空旅行等。在ENDF/B库中，实际截面数据并不全以数表形式保存，而是以几种不同描述方式给出。如对于某些核素的截面以离散数表给出，同时也给出利用这些数表的内插方法；而对于某些核素则给出了大量的拟合参数或计算公式的形式，通过特定的处理程序得到所需能量点的截面数据。例如在库中对共振能区保存有许多共振参数，如共振能量、能级宽度和共振峰截面等，而随能量变化的共振截面值就用这些参数按Breit—Wingner公式及相应的计算程序算出。如目前国际通用的NJOY程序就有专门的模块来计算共振区截面在ENDF/B库中的每一种材料都指定了一种唯一的标识号，以MAT表示，范围为0001～9999。材料定义为一种核素或若干核素的组合，它可以是一种单一核素，也可以是包含了几种同位素的天然元素，或是包含几种元素的分子，甚至还可以是包含几种元素的标准混合物。每种材料的评价核数据被划分为若干个文档(file)，详见表3-2。每