Библиотеки нейтронных данных

Сечения взаимодействия нейтронов с ядрами, энергетические и угловые распределения рассеяных нейтронов и нейтронов деления начиная с сороковых годов прошлого века интенсивно изучались во всём мире как в экспериментальных, так и в теоретических исследованиях. Накопленный за 7 десятилетий экспериментальный материал собран в общедоступной международной базе ядерных данных EXFOR. Однако пользоваться данными из базы EXFOR в инженерной практике невозможно, т.к. экспериментальные данные разбросаны (зачастую далеко за пределы погрешностей, приписанных им экспериментаторами), а в некоторых энергетических интервалах вообще отсутсвуют; энергетическое разрешение нейтронных спектрометров не позволяет выявить все детали резонансной структуры сечений. Поэтому для практического использования необходима так называемая оценка нейтронных данных, заключаящаяся, по существу, в проведении через экспериментальные точки плавных кривых, подчиняющихся теоретически установленным закономерностям.

К настоящему времени в мире существует несколько достаточно полных библиотек нейтронных данных, наиболее известными и практически используемыми являются следующие.

· ENDF/B (Evaluated Nuclear Data File) – американская библиотека оцененных ядерных данных. В 2010 г. было завершено формирование последней, 7-й, версии этой библиотеки –ENDF/B-VII.

· JENDL (Japan Evaluated Nuclear Data Library) – японская библиотека оцененных ядерных данных. Последняя к 2010 г. версия этой библиотеки именуется JENDL-4 (4-я версия).

· JEF (Joint Evaluated File) – общеевропейская библиотека оцененных ядерных данных. Последняя версия (2009 г.) именуется JEF-3.1.1

· CENDL (Chinese Evaluated Nuclear Data File) – китайская библиотека оцененных ядерных данных. Последняя версия (2009 г.) именуется CENDL-3.1

· РОСФОНД - Российская библиотека файлов оцененных нейтронных данных. Уточнённая версия этой библиотеки датируется 2010 г.

Все перечисленные библиотеки находятся в прямом доступе на сайте секции по ядерным данным МАГАТЭ (https://www-nds.iaea.or.at/exfor/endf.htm). Существуют и доступны и более ранние версии этих библиотек, (в частности предшественницей библиотеки РОСФОНД являлась библиотека ФОНД-2, на основе которой быцли проведены расчёты российских реакторов на быстрых нейтронах. Кроме перечисленных существует ещё несколько библиотек, более узких по назначению или содержанию – библиотека данных о сечениях активации IRDF, библиотека оценок, выполненных белорусскими специалистами MINSK-ACT и др.

Многие из зарубежных библиотек кроме нейтронных данных содержит также данные о взаимодействии с ядрами протонов и альфа-частиц, а также данные о характеристиках радиоактивных распадов. В версии РОСФОНДа от 2010 г. содержатся только нейтронные данные. Что касается даных о взаимодействии гамма-излучения с веществом, то пользователям РОСФОНД’а рекомендуется использовать оценку этих данных EPDL, выполненную в (1997г.) в Ливерморской Национальной Лаборатории США, получившей мировое признание (она используется и в библиотеках ENDF/B-VII.0 и JENDL-3.11)

Библиотека РОСФОНД содержит нейтронные данные для 686 различных нуклидов, включающих все стабильные ядра и ядра с периодом полураспада более суток и 10 более короткоживущих ядер, обладающих столь высокими сечениями поглощения тепловых нейтронов, что заметная доля этих ядер успевает провзаимодействовать с нейтронами за своё короткое время жизни. Нейтронные данные приводятся для области от 10^-5 эВ до 20 МэВ, т.е. охватывают всю область энергий нейтронов в ядерных реакторах любого типа. Во многих зарубежных библиотеках для некоторых материалов приведены оцененные данные и для более высоких энергий (до 100 - 200 МэВ и выше), которые могут представлять интерес для расчёта электроядерных установок. Поскольку эта область энергий для ядерной энергетики интереса не представляет, а надёжность оцененных данных при переходе к этой энергетической области резко падает, в библиотеку РОСФОНД эти данные не были включены.

По полноте представленных данных файлы библиотеки РОСФОНД делятся на четыре группы. Для короткоживущих радионуклидов приводятся данные только о нейтронных сечениях. Для долгоживущих и стабильных ядер кроме сечений приводятся данные об угловых и энергетических распределениях вторичных нейтронов. Для топливных и конструкционных материалов реакторов и для материалов теплоносителей приводятся ещё и данные об образовании гамма-квантов в нейтронных реакциях. Четвёртую группу образуют конденсированные среды (вода, графит, тяжелая вода, бериллий и окись бериллия, окись урана и др.), для которых приводятся данные о законах рассеяния тепловых нейтронов, длины волн де-Бройля для которых столь велики, что их рассеяние происходит не на отдельных ядрах, а на целых молекулах или крисмталлических структурах.

Различие библиотек состоит в выборе конкретных оценок. Наборы исходных экспериментальных данных, лежащих в основе различных оценок, для основных реакторных материалов, как правило, совпадают или различаются несущественно. Различие результатов оценки обусловлено, главным образом, тем, какой вес при усреднении отдаёт тот или иной оценщик различным наборам экспериментальных данных и в какой степени при оценке используются те или иные теоретические соображения. Национальный характер перечисленных выше библиотек оцененных ядерных данных вовсе не означает, что каждая из них содержит оценки специалистов-оценщиков соответсвующей страны. Так ЕNDF/B содержит не только американские, но и японские и китайские и европейские и российские и белорусские оценки; то же можно сказать и о всех других библиотеках. Обзор оценок нейтронных данных для каждого нуклида и обоснования отбора оценок для библиотеки РОСФОНД читатель может найти в Интернете www.ippe.ru/podr/abbn/libr/rosfond.php [5].

Представление о том, сколь различны оценки, принятые в различных библиотеках, и в какой степени они обоснованы экспериментальными данными можно получить из данных Приложения 1, в котором приводятся сечения важнейших процессов для основных топливных материалов быстрых реакторов – плутония-239 и урана-238, теплоносителя – натрия и основного компонента технологических сталей – железа-56. Пример экспериментальной обоснованности данных для кислорода дан выше на рис.3.3.

Обсудить характер энергетической зависимости сечений – области разрешенных, неразрешенных и нерезонансная на примерах – после формирования Приложения.