Fizikai Szemle 2005/10. 338.o.

ÚJ REAKTORDOZIMETRIAI HATÁSKERESZTMETSZETKÖNYVTÁR, IRDF-2002

Zsolnay Éva
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,
Nukleáris Technikai Intézet
Andrej Trkov
Nemzetközi Atomenergia Ügynökség, Nukleáris Adat Szekció, Bécs

A mag-, neutron- és reaktorfizikában fontos szerepet játszik az elméleti számításoknál, valamint a kísérleti adatok kiértékelésénél a felhasznált nukleáris adatok megbízhatósága. Az atomreaktorok biztonságos m?ködtetésének, továbbá az előbb említett területeken végzett kutatási feladatok sikeres megoldásának és az eredmények megbízható gyakorlati alkalmazásának alapvető feltétele, hogy a munkához pontos nukleáris adatok (magreakció-hatáskeresztmetszetek, bomlási állandók, a radioaktív sugárzások jellemzői stb.) álljanak rendelkezésre. Számos ilyen kutatási feladatot a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ), illetve az Európai U nió is támogat. Néhány jellemző példa: korunkban az egész világon napirenden van az atomerőművek üzemidejének meghosszabbítása [1] (ez érvényes a paksi atomerőműre is), amely kiterjedt elméleti és kísérleti vizsgálatokat, elemzéseket igényel; egyre elterjedtebbé válik a kísérleti atomreaktorok neutronsugárzásának gyógyászati alkalmazása (pl. bór neutronbefogásos rákterápia, BNCT [2]), továbbá a neutronforrások széles körű alkalmazása a geológiában és egyéb ipari területeken [3].

A neutronterek jellemzőinek vizsgálatával (pl. neutronok energiaeloszlása - neutronspektrum-, a neutronforrás erőssége stb.) általában a neutronmetrológia foglalkozik. Ennek egy speciális területe a reaktordozimetria, amely a reaktortartályon belüli neutronsugárzás tulajdonságait kutatja. Jelen cikk keretében a neutronmetrológia, illetve reaktordozimetria területén való felhasználás céljára újonnan létrehozott Nemzetközi Reaktordozimetriai Hatáskeresztmetszet-könyvtár (International Reactor Dosimetry File, IRDF-2002) kifejlesztésének fontosabb lépéseit, tartalmát és főbb jellemzőit foglaljuk össze a 12. Nemzetközi Reaktordozimetriai Szimpóziumon (Gatlinburg, Tennessee, U SA, 2005. május 8-13.) elhangzott, hasonló témájú előadás alapján [4].

Az új nukleáris adattár kifejlesztésének háttere és a munkában részt vevő intézetek

A nemzetközi reaktordozimetriai hatáskeresztmetszetkönyvtár megelőző, tesztelt változatát (IRDF-90 Ver. 2. [5]) 1993-ban bocsátotta ki a NAÜ. Azóta a benne foglalt adatok elavultak, számos új, jobb minőségű adat jelent meg az irodalomban. Több ország létrehozta a saját "nemzeti" reaktordozimetriai könyvtárát (zömében kísérletileg teszteletlen adatokból). Így az egymástól különböző hatáskeresztmetszetek hatáskeresztmetszetek felhasználásával kiértékelt kísérleti adatok még azonos reaktortípusok esetében is összehasonlíthatatlanná váltak. Ezért a nemzetközi reaktordozimetriai közösség kifejezte igényét a NAÜ-nél egy új, az adatok bizonytalanságát is tartalmazó, kísérletileg tesztelt reaktordozimetriai hatáskeresztmetszet-könyvtár létrehozására, amelynek kifejlesztése a NAÜ irányításával történik, és amelyet a NAÜ terjeszt. Ezt a kívánságot megerősítette az Európai Reaktordozimetriai Munkacsoport (EWGRD) és a megfelelő amerikai Reaktordozimetriai Munkabizottság (ASTM E10.5) elnöke is, majd 2000-ben a Nemzetközi Nukleáris Adatbizottság (International Nuclear Data Committee, INDC) javaslatára a NAÜ Nukleáris Adat Szekciója (Nuclear Data Section, NDS) elindította a kért új nukleáris adattár kifejlesztésére irányuló programot. A programcélja egy, a legújabb nukleáris adatokon alapuló, a megfelelő bizonytalanságokat is tartalmazó, konzisztens, kísérletileg tesztelt, standardizált hatáskeresztmetszetkönyvtár (IRDF-2002) létrehozása volt, amelynek elsődleges felhasználási területe az atomerőművi reaktortartályok élettartambecslése, továbbá egyéb reaktordozimetriai és neutronmetrológiai feladatok megoldása.

A munkát egy nemzetközi munkacsoport végezte az alábbi résztvevőkkel [4]:

Koordinátor: NAÜ, Nukleáris Adat Szekció (NDS);
Részt vevő intézetek, illetve laboratóriumok:

Az új hatáskeresztmetszet-könyvtár létrehozásának főbb lépései

Az új hatáskeresztmetszet-könyvtár létrehozása érdekében végzett nagy volumenű munka az alábbiak szerint foglalható össze:

  1. A nemzetközi irodalomban hozzáférhető, korszerű hatáskeresztmetszet-könyvtárak adatainak részletes analízise és összehasonlítása egymással; a hibátlan adatok kiválasztása az új könyvtár számára (BME NTI)

    Az elemzett könyvtárak az alábbiak voltak:
    Az analízis a következő vizsgálatok elvégzését jelentette (lásd a megfelelő cikket [9]-ben):

    Összesen 180 hatáskeresztmetszet-adatot analizáltunk, egy részüket több ízben is. Az analízis eredményét a NAÜ közvetítésével eljuttattuk a megfelelő adattárak kifejlesztőihez, akik az általunk detektált hibákat kijavították, az észlelt hiányosságokat pótolták, majd az így nyert adatokat visszaküldték a NAÜ-nek ismételt ellenőrzés céljából. Végül a megvizsgált 180 hatáskeresztmetszet-adatból 117 adat bizonyult hibátlannak (beleértve a következő pontban bemutatott új fejlesztéseket is) [4, 9]. Ezekből az előzetesen kiszűrt, hibátlan adatokból kellett azután az IRDF-2002 könyvtárba szánt hatáskeresztmetszeteket a hozzátartozó bizonytalanságokkal együtt kiválasztani.

  2. Új fejlesztések (IPPE, Obnyinszk)

    A projekt keretében, a NAÜ megbízásából nyolc - a rendelkezésre álló könyvtárakban nemszereplő, vagy hibás adatokat tartalmazó - magreakcióra fejlesztettek ki új hatáskeresztmetszet-adatokat Obnyinszkban [7]. Az előzőekben ismertetett analízis után ezen hatáskeresztmetszetek mindegyike bekerült az új könyvtárba.

  3. Az előzetesen kiszűrt, hibátlan hatáskeresztmetszetadatok összehasonlítása korszerű kísérleti értékekkel, és konzisztenciavizsgálat benchmark neutronterekben (BME NTI, Budapest - PTB, Braunschweig - SNL, PNL - USA)

    Az 1. pontban említett 117 hatáskeresztmetszetnek és a hozzájuk tartozó bizonytalanságoknak kiszámítottuk az integrális (spektrumra átlagolt) értékeit az alábbi standard neutronterekben: termikus Maxwell-, 1/E- és 252Cf hasadási neutronspektrumban, továbbá 14 MeV neutronenergiánál (lásd a megfelelő cikkeket [9]-ben). A kapott integrális értékeket összehasonlítottuk a megfelelő korszerű mérési adatokkal (C/E), és minősítettük a kapott eredményeket (lásd a megfelelő cikkeket [9]-ben).

    Végül a kiválasztott hatáskeresztmetszetek zömét konzisztenciavizsgálatnak vetettük alá két referencia-neutrontérben (ACRR és SP-III) végzett kísérleti vizsgálatok eredményeinek felhasználásával ([4], továbbá lásd a megfelelő cikket [9]-ben).

    1. táblázat

  4. Az IRDF-2002 könyvtárba kerülő hatáskeresztmetszetadatok végleges kiválasztása (NAÜ, NDS- BME NTI, Budapest - IPPE, Obnyinszk - PTB, Braunschweig - CEA, Franciaország - SNL, PNL, USA)

    Az IRDF-2002 könyvtárba kerülő hatáskeresztmetszetadatok végleges kiválasztását a projekt résztvevői együttesen végezték a NAÜ székhelyén 2003 októberében megtartott technikai tanácskozás alkalmával [9]. Az adatok kiválasztása az alábbi kritériumok figyelembe vételén alapult:

Ezen kritériumok alapján az IRDF-2002 hatáskeresztmetszet- könyvtárba került magreakciókat és a vonatkozó hatáskeresztmetszet-adatok forrását az 1. táblázat mutatja (lásd pl. [4]-ben).

Az új könyvtár tartalma

Az új nemzetközi reaktordozimetriai hatáskeresztmetszetkönyvtár, IRDF-2002, a készítés időpontjában fellelhető legjobb minőségű rektordozimetriai hatáskeresztmetszetadatokat tartalmazza (az adatgyűjtés 2003 decemberében fejeződött be). A könyvtár lényegében három adatkészletből áll [4]:

  1. Sokcsoportos hatáskeresztmetszet-adatok neutronmetrológiai felhasználás céljára
  2. Adatok pontformátumban
  3. Egyéb adatok (CEA, Franciaország, feldolgozásában lásd pl. [9]-ben) - valamennyi, a könyvtárban szereplő céltárgymag izotópgyakorisága; - valamennyi, a könyvtárban szereplő reakciótermékmagradioaktív bomlási jellemzői.
Ez az adatcsoport most szerepel első ízben a nemzetközi reaktordozimetriai hatáskeresztmetszet-könyvtárban.

Formátum (a NAÜ NDS kezelésében)

A pont-hatáskeresztmetszet adatok ENDF-6 formátumban vannak megadva, míg a sokcsoportos hatáskeresztmetszetek és bizonytalanságaik (SAND II típusú 640 energiacsoportban) két formában is rendelkezésre állnak: szigorú ENDF-6 formátumban (a sugárkárosodási adatok kivételével) és egyszerűsített ENDF-6 formátumban a neutronmetrológiai alkalmazásokhoz.

Az új hatáskeresztmetszet-adattárat a 12. Nemzetközi Reaktordozimetriai Szimpóziumon mutattuk be ez év tavaszán Gatlinburgban [4]. Az adatok megtalálhatók és letölthetők a NAÜ NDS honlapjáról.

Irodalom

  1. a) Reactor Dosimetry in the 21st Century (szerk.: J. Wagemans, H.A. Abderrahim, P. D’hondt, C. De Raedt) - Proc. of the 11th International Symposium on Reactor Dosimetry, Brussels, Belgium, 18-23 August, 2002. World Scientific, 2003.
    b) 12th International Symposium on Reactor Dosimetry, May 5-13, 2005, Gatlinburg, Tennessee, USA (megjelenés alatt).
  2. Advances in Neutron Capture Therapy, Vol. I-II. (szerk.: B. Larsson, J. Crawford, R. Weinreich ) - Excerpta Medica Int. Congr. Ser. 1132. Elsevier, 1997
  3. FÖLDIÁK GÁBOR: Az izotópok ipari alkalmazása - Műszaki Könyvkiadó, 1972.
  4. E.M. ZSOLNAY, A. TRKOV: Release of the New International Reactor Dosimetry File IRDF-2002 - 12th International Symposium on Reactor Dosimetry, May 5-13, 2005, Gatlinburg, Tennessee, USA [1.b]
  5. N.P. KOCHEROV, P.K. MCLAUGHLIN: The International Reactor Dosimetry File IRDF-90, Ver. 2. - Report IAEA/NDS/141, Rev. 2., IAEA, Vienna, Oct. 1993.
  6. K. KOBAYASHI, T. IGUCHI ET AL.: JENDL Dosimetry File (JENDL/D-99) - Report, JAERI 1344, Japan Atomic Energy Research Institute, January 2002.
  7. K.I. ZOLOTAREV, A.V. IGNATYUK, V.N. MANOKHIN ET AL.: RRDF-98, Russian Reactor Dosimetry File - Report IAEA/NDS/193. Rev. 0. March, 1999.
    K.I. ZOLOTAREV: New Russian evaluations for IRDF-2002 - [9]
  8. CD WINENDF - October 2002. ENDF package includes Release 8 of ENDF/B-VI, Release 3.3. of JENDL, Release 3.0 of JEFF, WINENDF Prepro2000 codes, WNDVER codes, Utility codes, Manuals, Utils, ZaLibs. IAEA Nuclear Data Section
  9. Summary Report of the Final Technical Meeting on International Reactor Dosimetry File: IRDF-2002 - Report INDC (NDS)-448, IAEA, Vienna, Oct. 2003.

    ___________________________

Ezt a közleményt Csikai Gyula professzor úrnak ajánljuk születésnapja 75. évfordulója alkalmából, akit szeretettel köszöntünk, jó egészséget és további sikereket kívánunk a munkájában.