葛智刚，陈永静

(中国原子能科学研究院 核数据重点实验室，北京 102413)

核数据广义上是描述原子核基本性质、核衰变以及原子核与其他粒子发生反应过程等方面信息的总称。这些核数据是核能开发、核技术应用以及核基础研究相关的重要基础参数。核数据应用领域涵盖了核能源、核医学、核不扩散、军备控制、核安全等几乎所有重要核科学与核技术领域。因此，核数据是连接核物理基础研究与核工程及核技术应用的重要桥梁，其准确性和可靠性直接关系到核工程产品及核技术应用的质量。目前应用中最重要、最广泛的是中子诱发原子核发生反应的数据，简称中子核数据，而关注的中子入射能量一般在20 MeV以下。近年来由于新型核能研究、聚变反应研究以及核技术应用的不断拓展，入射粒子的种类及能区也在不断地扩展。

本文回顾我国核数据研究的发展历程，总结国内外核数据发展现状以及新形势下国民经济发展与核科学研究对核数据的新需求，并探讨我国核数据研究的未来发展。

1 我国核数据研究的发展历程

国际核数据研究始于20世纪40年代，我国核数据研究起步相对较晚。从20世纪50年代末开始，根据我国原子能事业的发展需求，我国开展了部分裂变反应和轻核反应截面的调研和实验测量研究，有力支持了我国原子能工业的初期发展。其后，我国核数据研究一直紧紧围绕国民经济建设与基础科学研究发展的需要进行。特别是1975年中国核数据中心成立后，在朱光亚先生提出的“小规模、高水平、有特点”方针的指导下，通过全国核数据工作协作网各成员单位的共同努力，先后完成了多期国家核数据研究任务，取得了许多重要成果，初步形成了由实验测量、理论计算和评价建库等构成的核数据研究能力。建立了《中国评价核数据库》(CENDL)和多个重要的专用核数据库，这不仅有力支持了国民经济建设和核基础科学研究和核技术应用的发展，也奠定了我国作为国际上主要核数据大国的地位。到目前为止，我国核数据研究已走过50多年，这个发展过程大体可分为下述3个阶段。

第1阶段是1960—1985年，这个阶段主要应我国原子能工业发展的紧迫需求而测量评价了一些关键核素的核数据，完成了中国评价核数据库第1版(CENDL-1)的建设。CENDL-1包含H、D、T等轻核，235,238U、239Pu等锕系核素以及10B、23Na、Mg、Si等21个结构材料核，共37个核素，中子能区为1 keV～20 MeV，数据类型包含共振参数、中子截面、次级中子角分布和次级中子能量分布等。中国评价核数据库第1版获得了国家科学技术进步奖二等奖。这阶段的核数据研究满足了国家的急需，初步建立了核数据测量与评价系统的框架，成立了我国核数据评价和测量队伍，一些研究成果接近国际水平。

第2阶段是1985—2000年，这个阶段在继续完成国民经济建设所需的核数据评价和测量任务的同时，逐步建立了较为完整的、具有我国特色的核数据测量、评价的方法和手段。还兼顾满足了我国核电建设发展对核数据的需求。在测量、评价、建库、宏观检验等方面协调发展，建立了通用数据库和各种专用数据库，完成了中国评价核数据库第2版(CENDL-2和CENDL-2.1)的建设，且CENDL也成为了国际上主要五大评价核数据库之一，获得了国家科学技术进步奖二等奖。中国评价核数据库第2版包含轻核、结构材料核以及锕系核，共计69个核素，中子能区为10-5～20 MeV，不仅包含共振参数、中子截面、次级中子角分布和次级中子能量分布数据，其中有14个主要核素还包含双微分截面数据，49个核素包含了光子产生数据的多重性、光子产生截面、光子角分布和光子能谱，11个核素还评价给出了中子截面协方差数据。

第3阶段是从2000年至今，这个阶段主要任务是提高核数据精度，增加核素数目与核数据的种类。在这期间，裂变后数据的实验测量研究取得了重要进展，并开始了裂变过程微观理论的研究；建立了核反应截面协方差数据的评价方法和程序；初步建立了评价数据库宏观检验系统，开始了评价核数据库的系统性宏观检验；完成了各种专用核数据库以及中子评价核数据库第3版(CENDL-3.1)。该版核素数目扩展到246个，增加了大量裂变产物核以及次锕系核的数据；除核素数目增加以外，所有核素均增加了次级中子能量分布数据；轻核增加了双微分截面数据；增加了光子数据(文档12～15)和缓发中子数据。通过这一阶段的努力，我国核数据研究整体水平进入了国际先进行列、部分研究成果达到了国际领先水平，如在国际上首次在轻核评价数据中给出了双微分截面评价数据。

经过近60年的发展，我国完成了大量、关键的核数据测量与评价研究，满足了我国原子能工业发展的急需，填补了大量核数据空白，澄清了部分关键核数据的分歧；发展了具有自主知识产权的核数据测量、评价与建库系统；支持了我国经济建设、原子能工业和核科学研究的快速发展，特别是全国核数据工作协作网的成立带动了一大批核物理基础研究的发展，并取得了较高水平的研究成果，与此同时，也培养、锻炼了一批精干的核数据研究队伍。

2 核数据研究发展现状

2.1 国际核数据研究现状

由于核数据是核事业发展的基础数据，一直受到核发达国家的高度重视。美国、俄罗斯、欧洲、日本均建立和发展了各自的评价核数据库，特别是与中子相关的核数据，且不断持续更新再版，扩大核数据规模、拓宽能区、丰富核数据类型、提高各评价核数据库的质量，以满足核能发展与核科学技术发展的需要。

图1 洛斯阿拉莫斯国家实验室 关于核数据评价体系示意图[8]Fig.1 Schematic diagram of nuclear data evaluation in Los Alamos National Laboratory[8]

进入21世纪后，国际核数据研究呈现出新的发展势态。在核数据测量方面，新型测量设备与方法不断涌现，中子源强度不断提高使得关键核数据测量精度不断提高，如对关键铀钚核素的重要反应数据开展深入、仔细的测量，获取了一大批较之前更为精确的测量数据。以美国洛斯阿拉莫斯国家实验室LANSCE/WNR[1]和欧洲CERN n-TOF装置的散裂中子源为代表的核数据测量平台[2]已成为目前核数据测量最先进的平台。在探测器方面，各种新型探测器及相关的技术不断出现，极大提高了探测效率及信号处理能力。在实验方法方面，出现了如替代反应法[3]、渐近归一系数法[4]、质谱法[5-7]等新方法，使得原先无法实现的一些对不稳定核的数据测量成为现实。在核数据评价建库方面，美国、日本、欧洲等主要核数据大国一直在积极提高自己的评价核数据库的水平，包括评价核素范围、数据种类、数据质量以及数据库的更新频率等，已建立完整的核数据评价体系(图1)[8]，包括用于核数据评价的先进的理论模型与计算程序，完整的核数据建库与检验技术，面向用户的完善的核数据加工与制作技术，核数据灵敏度分析、不确定度分析、核数据调整技术等。

目前国际核数据研究总体发展动向是关键核数据精确化、核数据种类完整化、核数据应用多样化、核数据库建设维护专业化、关键核数据不确定度量化。核数据发展规模不断扩大是目前国际核数据的发展态势。

2.2 我国核数据研究现状

我国核数据研究已在测量、理论、评价、宏观检验等方面建立了自己的体系，核数据研究也在一定程度上满足了国内用户对核数据的需求。但随我国核技术应用、基础科研、能源发展等领域不断深入研究，对核数据的需求呈现出新的趋势，主要有下面几点。

1) 数据精度的提高。核数据研究已进入高精度时代，如先进核能系统的研发要求关键燃料核的裂变截面精度达1%～3%，而现有数据精度是3%～8%；要求非弹性散射截面精度达5%，而现有数据精度是10%～20%；要求(n,2n)反应截面精度是5%，而现有数据精度是8%～20%。此外，要求给出量化的核数据不确定度，即给出重要核素的协方差数据。

2) 核素多。目前核数据应用需要的核素范围从锕系核扩展到次锕系核，从稳定核扩展到不稳定核。第4代核反应堆、ADS的研究除需要精确的锕系核的各种反应截面，还需要精确的次锕系核的中子数据。核废料的嬗变也需要反应堆内生成的各种长寿命产物核的中子反应截面数据，核装置的精确设计要求寿命更短的不稳定核的数据。

3) 能区宽。之前我国的核数据研究中子能量一般只到20 MeV，目前ADS研究、核医学研究、空间辐射研究、航天及航空电子器件的抗辐射加固研究等需要更高能量的核数据，需从原先的20 MeV以下扩展到150 MeV甚至更高。

然而目前现有的很多核数据在种类、能区及精度方面远不能满足这些新需求，这对核数据的测量和评价研究提出了极大的挑战，推动人们在新的形势下开展核数据的深入研究。

依托上述这些需求背景，针对我国核数据研究的薄弱环节，我国的相关科研院所也进行了一些重点布局，在核数据基础研究、核数据测量和核数据评价等方面均开展了深入研究。

在中子源技术方面，中国原子能科学研究院、兰州大学和中国科学院核能安全技术研究所均在建设新的强流高压倍加器，中国先进研究堆(CARR)也已投入运行[9]。同时，随着中国散裂中子源(CSNS)[10]以及国内一些其他高性能中子源的陆续建成，我国的核数据研究平台得到较大改善。在探测技术发展方面，国内相关单位发展了HPGe探测器阵列、4π氟化钡球等高效率阵列谱仪以及TPC等探测器技术。在核数据测量技术方面，我国核数据测量除传统的中子飞行时间、活化等测量手段外，积极开展替代法、加速器质谱法[11-12]等技术研究，初步获得较好的效果。

在核数据评价技术方面，随着核数据的应用领域不断拓展和需求的不断提高，需进一步提高全套中子评价核数据库中关键核素的质量，特别是引入国外的同时评价技术提高锕系核素的核数据质量；积极拓展能区范围，计划由原来的最高20 MeV向150 MeV甚至更高拓展；计划增加不稳定核素的核反应数据并给评价核数据添加不确定度(协方差数据)。在核数据理论研究方面，需通过改进核反应理论模型提高锕系核核反应评价数据的质量。裂变后数据的理论研究近年来也取得了较大进展，基于宏观和微观方法实现了五维集体变形坐标下的位能曲面的真实计算。用“灌水法”获取了位能面上的所有点、位能极小点、位能谷线和脊线[13-14]；发展了描述核裂变的双中心壳模型理论，研制了朗之万方程计算裂变碎片质量分布的程序，取得了与实验符合很好的结果[15]。此外，基于约束Hartree-Fock-Bogoliubov平均场和与时间有关的生成坐标方法描述铀、钚等重核裂变过程的研究也正在起步，基于相对论能量密度泛函描述裂变动力学过程已取得一定的成果[16]。

另外，国内相关单位对核数据研究的关注度也逐渐加强，并积极开展核数据相关研究，这也必将促进我国的核数据整体研究水平进一步发展和提升。预计在未来10～20年内，我国的核数据研究将会跃上一个新的台阶。

3 我国核数据研究展望

目前，我国核数据研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部及国家原子能机构等部门的大力支持。通过全国核数据工作协作网的协同攻关，已取得了许多成就，解决了国家急需。但相对于国外日益蓬勃发展的核数据研究，我国核数据研究需重点关注下述几个方面的问题。

1) 加强人才队伍建设。现有核数据研究人才队伍无法满足日益增长的核数据需求，表现为整个核数据队伍逐渐缩小，年轻的骨干力量缺乏。未来需进一步加强高水平核数据人才队伍建设，吸引年轻一代的高水平科研人才加入到核数据研究队伍。

2) 加强先进核数据测量平台的建设、增加核科学基础研究的投入。因为核数据进一步提高质量需攻克核数据的一些关键基础问题，如实验核物理研究是核数据测量的基础，而这依赖于大型的、高水平的实验装置和测量手段及设备。核数据高水平的基础来源于核科学的基础研究成果，因此，对核科学基础的持续投入是提高核数据基础的关键之一。在这方面我国与国际上主要发达国家存在较大的差距。

3) 积极加强基础理论研究，突破核数据关键问题。如图1所示，核物理基础理论是核数据模型理论的产生基础。近年来，随着实验数据的不断丰富，对核反应与结构理论模型的发展提供了很好的支撑，许多核数据模型理论程序已可很好再现实验测量数据并广泛用于核数据的评价和计算(如欧洲的TALYS程序[17]和美国的EMPIRE程序[18])。但仍有许多方面的核反应和核结构理论有待完善，如轻核反应理论、裂变理论、不稳定核中子反应理论等，目前这些理论在计算轻核反应数据、裂变数据及不稳定核数据方面仍存在明显不足。这些基础理论的发展对于提高核数据理论模型预言能力，进而提高核数据库质量十分重要。

4) 鼓励加强国际合作、引进先进技术、通过国际合作研究以突破一些技术难点。自从20世纪80年代，我国正式加入国际原子能机构后，国际交流不断增多，在我国核数据研究取得的研究成果逐步得到国际同行认可的同时，也吸收国际相关领域专家学者的先进经验和技术方法为我所用。因此不断拓展国际交流渠道，获取先进的核数据研究方法和更多核数据信息，是不断提升我国核数据研究水平并最终走向国际领先的重要支撑之一。