我國自主研發(fā)最新版《中國評價核數(shù)據(jù)庫》發(fā)布

北京時間 6 月 12 日消息，近日，由我國自主研發(fā)的最新版本 CENDL-3.2 正式發(fā)布。該數(shù)據(jù)庫作為核工程與核技術(shù)研究的重要基礎(chǔ)，是連接核物理基礎(chǔ)研究與核技術(shù)應(yīng)用的重要紐帶，在國民經(jīng)濟建設(shè)、國家安全以及科學(xué)研究領(lǐng)域都起著不可或缺的作用。

▲-3.2 版

新版 CENDL-3.2 采用國際通用的 ENDF-6 數(shù)據(jù)格式，中子入射能量范圍從 10-5eV 到 20MeV。相較前一版本，核素數(shù)量由 240 種增加至 272 種，數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)種類均有大幅度提升。使用我國自主研發(fā)的最新版 UNF 程序，利用包含我國自主測量在內(nèi)的最新實驗測量數(shù)據(jù)，對 134 個核素的中子反應(yīng)數(shù)據(jù)經(jīng)過了重新評價和計算，其中包括核能和核技術(shù)應(yīng)用中重要的核素 1H、6，7Li、56Fe、235，238U 和 239，240Pu 的中子反應(yīng)數(shù)據(jù)。對于核數(shù)據(jù)用戶急需的截面數(shù)據(jù)協(xié)方差文檔，基于我國自主研制的利用廣義最小二乘法評估理論模型參數(shù)的不確定性，CENDL-3.2 給出了 70 個裂變產(chǎn)物核的主要核反應(yīng)截面模型相關(guān)協(xié)方差數(shù)據(jù)，實用性較前一版本有大幅提高。

此外，通過對 1230 個國際宏觀基準系統(tǒng)進行檢驗，CENDL-3.2 針對中子誘發(fā) 235U 和 Pu 裂變系統(tǒng)的預(yù)測能力有顯著提高，在一些技術(shù)指標(biāo)上已經(jīng)超過了美國、日本和歐洲的評價核數(shù)據(jù)庫。

我國核數(shù)據(jù)研究工作起步比歐美國家較晚，且在關(guān)鍵高精尖核數(shù)據(jù)與先進方法上始終受到國外封鎖。特別是最近幾年，美國在原有關(guān)鍵核數(shù)據(jù)與研究方法對我國限制的基礎(chǔ)上，在其他基礎(chǔ)核數(shù)據(jù)研究方面的制約也已日趨凸顯。如：限制中美學(xué)術(shù)交流、停止核數(shù)據(jù)相關(guān)程序共享、關(guān)閉美國國家核數(shù)據(jù)網(wǎng)站等公共核數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、禁止我國參與核結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和核能衰變熱能項目等。

在這一形勢下，中國核數(shù)據(jù)中心在全國核數(shù)據(jù)工作協(xié)作網(wǎng)成員單位的大力支持下，牽頭組織開展核數(shù)據(jù)研究工作。在充分掌握核心技術(shù)的同時，我國核數(shù)據(jù)工作者奉行多邊主義，積極保持國際合作，與國際原子能機構(gòu)（IAEA）和經(jīng)濟合作與發(fā)展組織核能署（OECD/NEA）等國際組織開展廣泛的協(xié)作交流，建立了具有我國特色、獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的核數(shù)據(jù)研究體系和系列。

自 1991 年開始，已成為國際公認的五大主流核數(shù)據(jù)庫之一，得到國際核數(shù)據(jù)界的高度認同，我國核數(shù)據(jù)研究水平在國際核數(shù)據(jù)界取得了與我國國際地位相符的地位。此次最新版本 CENDL-3.2 的發(fā)布，是在疫情期間我國核數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域取得的一項重要科研成果，對發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權(quán)的核數(shù)據(jù)技術(shù)，防范國外技術(shù)封鎖，大力發(fā)展核能、核醫(yī)學(xué)、同位素和輻照產(chǎn)業(yè)，進一步鞏固并提升我國在國際核數(shù)據(jù)界和核數(shù)據(jù)相關(guān)研究領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)有著極為重要的意義。

什么是核數(shù)據(jù)、核數(shù)據(jù)庫？

我們知道自然界中所有物質(zhì)均是由不同的分子、離子及原子構(gòu)成的，原子則由原子核與核外電子構(gòu)成，而原子核由質(zhì)子和中子組成（質(zhì)子帶正電，中子不帶電）。在自然界中，有些原子核是穩(wěn)定的，如我們?nèi)粘Ｒ姷降拇蠖鄶?shù)物質(zhì)的原子核都是穩(wěn)定的。而有些是不穩(wěn)定的，會發(fā)生衰變，即從一種原子核變成另外一種原子核。如：U-238，會通過α衰變變成 Th-234。核數(shù)據(jù)是用來描述與原子核相關(guān)的兩大方面的性質(zhì)：（1）原子核自身的基本性質(zhì)：包括原子核的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)（形變，能級，自旋，宇稱等）及它本身的衰變數(shù)據(jù)（包括衰變方式、壽命等等）。（2）一個有一定能量的入射粒子（中子、質(zhì)子、帶電粒子、伽馬射線等）與原子核碰撞后發(fā)生各種反應(yīng)的概率。如：一個具有一定速度的中子與一個 U-235 原子核發(fā)生碰撞，會導(dǎo)致 U-235 發(fā)生鏈式裂變，同時放出巨大的能量，這正是核武器、反應(yīng)堆能量來源的基本原理，而核數(shù)據(jù)正是描述這個中子與 U-235 發(fā)生碰撞，有多大的概率會發(fā)生反應(yīng)形成復(fù)核，然后有多少概率發(fā)生裂變，每次裂變放出多少能量及幾個中子與伽馬，多大的概率會發(fā)生其他反應(yīng)等數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱。將前面提到的兩類核數(shù)據(jù)（很多核素的）根據(jù)不同的用途與要求進行組合、集成就形成了通常說的各種核數(shù)據(jù)庫。

如上面提到，核數(shù)據(jù)是描述原子核本身特性和其他粒子與原子核發(fā)生各種反應(yīng)的重要表征、重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，人類一切與原子核和原子核反應(yīng)相關(guān)的活動都離不開核數(shù)據(jù)！核數(shù)據(jù)的可靠性、準確性與完整性將會影響人類建設(shè)的各種與核有關(guān)的裝置、核能和平利用以及核技術(shù)應(yīng)用的安全性、經(jīng)濟性。也會帶來巨大的社會效應(yīng)與經(jīng)濟效應(yīng)。

而要獲得高質(zhì)量的核數(shù)據(jù)，則強烈依賴于核物理基礎(chǔ)實驗及理論的發(fā)展，反過來，高質(zhì)量的核數(shù)據(jù)，尤其是高質(zhì)量的實驗數(shù)據(jù)對核物理基礎(chǔ)研究也有重要推動作用。

誰在應(yīng)用核數(shù)據(jù)？核數(shù)據(jù)有什么用？

由于核數(shù)據(jù)是在微觀層面對原子核進行表征的數(shù)據(jù)，人們不能在感官層面看見其如靚麗建筑、緊密的儀器、壯觀的設(shè)施等等這種直接可見的高大上，但這絲毫不會減弱對其研究的難度、也不會影響其在實際應(yīng)用中的重要性！甚至在某種程度上核數(shù)據(jù)研究決定了上面提到的宏觀層面的外表！

那么究竟核數(shù)據(jù)都是誰在應(yīng)用呢？由于核數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛與我們的國民經(jīng)濟建設(shè)、國防安全和科學(xué)研究都密切相關(guān)，我們可以將其歸納為下述幾個方面：

基礎(chǔ)物理學(xué)方面：這包括了檢驗理論模型、設(shè)計實驗、實驗數(shù)據(jù)分析和天體物理學(xué)研究自然界元素的起源；

核能應(yīng)用研究方面，如：反應(yīng)堆研發(fā)、核燃料循環(huán)、核電池、操作安全、核輻射屏蔽、核廢物處理和嬗變、聚變能的研究等；

核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：放射性同位素生產(chǎn)、劑量計算、放射治療、醫(yī)學(xué)診斷等；

國家安全：核裝置的研發(fā)、庫存管理、臨界安全、核法證、偵查核材料非法傳輸、核應(yīng)急響應(yīng)；

工業(yè)應(yīng)用：油井測井、設(shè)備檢測、材料輻照：

農(nóng)業(yè)應(yīng)用：輻照育種

由此可以看出，核數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ祟?、國家和個人都有非常重要的。正因為核數(shù)據(jù)的重要性以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，國際上發(fā)達國家都非常重視核數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用。那么核數(shù)據(jù)是怎樣獲得呢？

如何獲取核數(shù)據(jù)？

到目前，人類獲取可靠的核數(shù)據(jù)，主要還是通過兩種方式獲得。一是通過實驗方法進行實際測量，二是基于可以開展的實驗測量數(shù)據(jù)，再結(jié)合核反應(yīng)理論模型，實驗數(shù)據(jù)進行評價給出。通過這兩種方式是相互結(jié)合、相互補充才能給出滿足各種不同需求的核數(shù)據(jù)。

核數(shù)據(jù)測量需要很多大型的核實驗設(shè)施，如：反應(yīng)堆、加速器、散裂中子源、天然放射性源以及各種探測設(shè)備和方法。比如：如果我們需要測量一個入射中子與某個核發(fā)生相互作用的各種數(shù)據(jù)（截面、角分布、能譜等等），我們需要有能產(chǎn)生中子的設(shè)施，需要有比較純的樣品，同時還需要有能測量發(fā)生反應(yīng)后各種出射粒子的儀器，還需要鑒別這些出射粒子是我們需要的測量發(fā)生不同反應(yīng)后出射的粒子。這是非常復(fù)雜而成本高昂的實驗活動。

通過評價獲取核數(shù)據(jù)是基于實驗測量獲取的實驗數(shù)據(jù)，再結(jié)合核理論模型，如：核結(jié)構(gòu)、核反應(yīng)等理論模型，仔細分析、評價實驗測量核數(shù)據(jù)的規(guī)律、特征等給出在物理上自洽、合理的核數(shù)據(jù)。這是因為在現(xiàn)實中，通過實驗測量方式獲取核數(shù)據(jù)的成本是極其高昂的，且人們不能通過實驗測量所有的核數(shù)據(jù)，如：一些原子核的壽命、原子核發(fā)生反應(yīng)的過程都是極為短暫的，人類目前掌握的技術(shù)根本無法對其進行開展測量。因此，要獲取完整的核數(shù)據(jù)必須利用已有實驗測量數(shù)據(jù)和原子核理論方法結(jié)合的評價方式才能獲取完整的核數(shù)據(jù)。

國際核數(shù)據(jù)研究怎樣做的？

在核數(shù)據(jù)測量方面，國際上的中子源已經(jīng)發(fā)展到第三代，即基于高能高功率質(zhì)子加速器的散裂中子源（寬能區(qū)白光中子源）。目前，散裂中子源已成為核數(shù)據(jù)測量最為先進的平臺，其中，最具代表性的如美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的 800 MeV 質(zhì)子直線加速器上的洛斯阿拉莫斯中子科學(xué)中心（LANSCE）和歐洲核子研究中心（CERN）的 n-TOF（飛行時間法）裝置。在探測器方面，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國際上用于高精度核數(shù)據(jù)測量的探測器與探測技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，如全空間高效率探測器陣列以及高分辨的組合探測技術(shù)等。國際上這些新發(fā)展的探測器技術(shù)為核數(shù)據(jù)的精確測量提供了技術(shù)支撐。

在核數(shù)據(jù)評價方面，美國、日本、歐洲等主要核數(shù)據(jù)大國一直在不斷提高自己評價核數(shù)據(jù)庫的水平，包括核素范圍、數(shù)據(jù)種類、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及數(shù)據(jù)庫更新頻率等。他們已經(jīng)建立了完整的核數(shù)據(jù)評價體系，包括用于核數(shù)據(jù)評價的先進的理論模型與計算程序、完整的核數(shù)據(jù)建庫與檢驗技術(shù)、面向用戶的完善的數(shù)據(jù)加工與制作技術(shù)、核數(shù)據(jù)靈敏度分析與數(shù)據(jù)調(diào)整技術(shù)等。

核數(shù)據(jù)基礎(chǔ)研究對提高核數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量有重要作用。隨著計算機計算能力的大幅提高，近年美國在裂變基礎(chǔ)研究方面取得了重要的進展。比如，實現(xiàn)了五維集體變形坐標(biāo)下的位能曲面的真實計算，定性再現(xiàn)了裂變后的相關(guān)實驗可觀測量。

我國核數(shù)據(jù)研究情況怎樣呢？

我國核數(shù)據(jù)研究開始于上世紀 60 年代初，根據(jù)核裝置設(shè)計、核試驗診斷的要求，開展了重要核數(shù)據(jù)的實驗測量工作，有力地支持了我國核裝置初期的發(fā)展。其后，我國核數(shù)據(jù)研究一直緊緊圍繞核裝置、核 DONGLI 發(fā)展的需要進行。通過全國核數(shù)據(jù)工作協(xié)作網(wǎng)各成員單位的共同努力，先后完成了多期核數(shù)據(jù)任務(wù)，取得了許多重要成果，并于 1985 年完成發(fā)行中國評價核數(shù)據(jù)庫第一版 CENDL-1，包含 37 個核素，中子能區(qū)從 1keV-20MeV，滿足了當(dāng)時國內(nèi)核工程對核數(shù)據(jù)急需，也為我國核數(shù)據(jù)評價和核數(shù)據(jù)庫開辟了道路，奠定了基礎(chǔ)。中國評價核數(shù)據(jù)庫 CENDL-2.1 于 1991 年完成發(fā)行，它包含了代表當(dāng)時先進水平的雙微分截面和協(xié)方差文檔，說明我們在評價方法、評價技術(shù)和評價手段上具有較高的水平，但在當(dāng)時核素僅有 54 個，很難滿足實際應(yīng)用的需要。我國從 1996 年開始建立 CENDL-3.1，并于 2009 年底完成。對整體數(shù)據(jù)庫進行了大量改進：核素增加至 240 個，其中包括裂變產(chǎn)物核 91 個，所有這些核的數(shù)據(jù)都經(jīng)過重新評價和計算；同時增加結(jié)構(gòu)材料核同位素數(shù)據(jù)，與天然元素數(shù)據(jù)同時給出，天然元素數(shù)據(jù)與其同位素數(shù)據(jù)之間更滿足物理上的自洽關(guān)系；更新改進了重要的裂變核素，如 U-235、U-238、Pu-239 等的數(shù)據(jù)。經(jīng)過幾代中國核數(shù)據(jù)工作者 40 多年的努力，我國完成了大量的核數(shù)據(jù)測量與評價工作，滿足了國防急需，填補了大量核數(shù)據(jù)空白，澄清了部分關(guān)鍵核數(shù)據(jù)的分歧；形成了由實驗測量、理論計算和評價以及宏觀檢驗等構(gòu)成的核數(shù)據(jù)研究能力；建成了一整套研究平臺，形成了中國自己的評價核數(shù)據(jù)庫（CENDL），不僅有力地支持了核裝置研究和核動力技術(shù)的發(fā)展，在多項大型核科研工程建設(shè)及提高核電安全性、經(jīng)濟性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)方面也發(fā)揮了重要作用。