7.АЗОТ

7.АЗОТ
В РОСФОНД вносятся данные для двух стабильных изотопов азота: N-14
(99.634%) и N-15 (0.366%).
Долгоживущих радиоактивных изотопов азот не имеет.
В процессе анализа нейтронных данных в работе использовались
экспериментальные данные из библиотеки EXFOR (Database and Retrieval system, version
1.81, June 2005).
7.1. Азот-14
1. Общее описание
1.1. Z=7
1.2.A=14.003 074 004 8(6)
1.3.Awr=13.882 780 878 8(6)
1.4.Содержание в естественной смеси: - 99.634 %
1.5.Перечень нейтронных реакций
МТ
Реакция
4
16
22
28
32
102
103
104
105
107
108
(n,n’)
(n,2n)
(n,na)
(n,np)
(n,nd)
(n,γ)
(n,p)
(n,d)
(n,t)
(n,a)
(n,2a)
Q, МэВ
-2.3128
-10.5535
-11.6134
-7.5507
-10.2725
10.5536
0.6260
-5.3260
-4.0152
-0.1580
-8.8230
1.6.Схема уровней:
MT
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
LEVEL ENERGY(MEV)
0.0
2.1328
3.9481
4.9151
5.1059
5.6914
5.8343
6.2035
6.4462
7.0291
7.9669
8.0620
8.4900
8.6180
SPIN-PARITY
1+
0+
1+
02131+
3+
2+
2140+
N-1
Eпорог., МэВ
Ядро-продукт*)
2.4794
11.3137
12.4499
8.0946
11.0124
0.0
0.0
5.7097
4.3044
0.1694
9.4585
N-14
N-13(9.965s)
B-10
C-13
C-12
N-15
C-14(5730y)
C-13
C-12
B-10
Li-6
64
8.7760
65
8.9070
66
8.9640
67
8.9800
68
9.1290
69
9.1723
70
9.3380
71
9.5090
72
9.7030
73
10.0790
74
10.1010
75
10.2260
76
10.4320
77
10.5340
78
10.8120
91(cont)11.0000
035+
2+
3+
2+
221+
3+
2+
12+
15+
1.7.Радиоактивность: не радиоактивен
2. Резонансная область: (MF=2)
2.1. Спин и четность Jπ= 1+;
2.2. Радиус рассеяния: R=0.886366-12см.
2.3. Область резонансных энергий.
3. Сечения нейтронных реакций (MF=3)
Азот-14 – основной изотоп: содержание в естественной смеси 99.643 %.
Рассмотрим наиболее современные оценки для нейтронных сечений.
В библиотеке JEFF-3.1 принята, без каких либо изменений, оценка из ENDF/B-6
(release 8).
В версии библиотеки ENDF/B –VII betha1 нейтронные данные, также, без каких
либо изменений приняты из ENDF/B-6 (release 8).
В свою очередь, в release 8 библиотеки ENDF/B-VI представляет собой:
- ниже 20 МэВ полностью новую оценку Янга, Хейла и Чедвика (LANL),
выполненную в 1990 году,
- расширение данных на область энергий до 40 МэВ (1992 г.), и пересмотр сечений
в соответствии с новыми подробными экспериментальными данными Харви (1991).
По сути, после этой ревизии, оцененные нейтронные данные в области энергий
ниже 20 МэВ практически не изменялись. Было выполнено лишь следующее:
- небольшая корректировка данных по неупругому рассеянию выше 13 МэВ (1994
г.),
- переоценка данных выше 20 МэВ (1997 г.),
- подкорректированы данные об испускании фотонов при радиационном захвате
(2000 г.).
В библиотеке JENDL-3.3 за основу принята оценка Шибата, Асами, Канда и
Мурата, выполненная в 1989 году в рамках работы над версией JENDL-3.
В 1990 году были модифицированы спектры нейтронов при низких энергиях. Тогда
же были переоценены энерго-угловые распределния. Сечения неупругого рассеяния и
угловые распределения при неупругом рассеянии были значительно пересмотрены.
В 1994 году в рамках работы над версией JENDL-3.2 сечения основных реакций
были пересмотрены на основе имеющейся экспериментальной информации. Добавлены
N-2
формально угловые распределения для MT=54-90 (изотропное рассеяние). Проведена
корректировка фотонных данных.
В 2000 году при работе над 3-й версией библиотеки JENDL-3 сечение реакции
(n,p) взято из JENFL fusion File-99 (Shibata) и модифицировано в 2001 году в области
энергий до 40 кэВ. Полное и упругое сечения пересчитаны. Спектры нейтронов в
реакциях МТ=16-32 пересмотрены.
В оценке БРОНД-2, выполненной в 1988 году группой Блохин, Работнов и др
(ЦЯД), находится откорректированная версия нейтронных данных из ENDF/B-V.
Модификация полного сечения выполнена, главным образом, в области энергий выше
0.483 МэВ. В диапазоне энергий 0.483 – 8.533 МэВ сечение рассчитывались с помощью
Паде-аппроксимации. Выше 8.533 МэВ оно рассчитывались по оптической модели,
параметры для которой определялись путем подгонки сечений под экспериментальные
данные. Сечение реакции (n,2n) взято из библиотеки пороговых реакций БОСПОР (ЦЯД).
Сечения реакции МТ22, 28, 32 рассчитаны по модели испарения. Сечения неупругого
рассеяния на дискретных уровнях посчитаны по формализму Хаузера-Фешбаха с учетом
конкурирующих процессов (n,p), (nd), (nt), (n,a). Сечение радиационного захвата ниже
0.483 МэВ взято из ENDF/B-V без изменений. Выше сечение рассчитано по SLBW
формализму с использованием резонансных параметров из компиляции Мухабхаба (1981).
3.1. Полное сечение (МТ=1).
На рисунке 1 представлено общее сравнение оцененных нейтронных данных из
перечисленных трех библиотек в области энергий от 10 эВ -10 МэВ, из которого видно,
что оценки по-разному описывают ход сечения перед областью резонансных энергий (100
эВ – 10 кэВ).
12.0
N-14 T otal
Cross section, barn
10.0
8.0
6.0
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
BROND-2
4.0
Harvey91a
2.0
0.0
1.E-05
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
Energy, MeV
Рисунок 1 – Сравнение оцененных полных сечений для N-14
в области энергий от 1 эВ -10 МэВ.
Для этой области энергий в библиотеке EXFOR был единственный набор
экспериментальных данных Harvey (1991). Прямое использование этих данных из
библиотеки EXFOR приводит к предположению об ошибке в определении энергетической
шкалы (3.7Е-4 – 2.3Е+2 эВ для первого набора данных). Учитывая тот факт, что в
названии работы идет речь об энергетическом интервале от 0.5 эВ до 50 МэВ, мы
приписали экспериментальному набору кэВ-ные значения. Что получилось – видно на
рисунке 1. Оценка ENDF/B - единственная согласующаяся с экспериментом (поскольку
эти данные использовались для корректировки сечений в 1992 году).
N-3
Более подробные сравнения оцененных кривых с экспериментальными данными
представлены на рисунке 2 для области энергий от 10 кэВ до 1 МэВ, и на рисунке 3 - для
области энергий от 1 – 10 МэВ.
10.0
Cross section, barn
N-14 T otal
8.0
6.0
Harvey91b
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
BROND-2
Harvey91a
4.0
0.01
0.10
Energy, M eV
5.0
Cross section, barn
N-14 T otal
4.0
3.0
Harvey91b
ENDF/B-6.4
BROND-2
Harvey91a
2.0
0.10
0.20
JENDL-3.3
0.30
0.40
Energy, MeV
4.0
N-14 T otal
Cross section, barn
3.0
2.0
1.0
0.0
0.40
Harvey91b
Heaton70
JENDL-3.3
BROND-2
0.60
ENDF/B-6.4
0.80
Energy, MeV
Рисунок 2 – Сравнение оцененных полных сечений для N-14
в области энергий от 10 кэВ -1 МэВ.
N-4
1.00
5.0
N-14 T otal
Heaton70
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
BROND-2
4.0
Cross section, barn
Harvey91b
3.0
2.0
1.0
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
Energy, M eV
4.0
Cross section, barn
N-14 T otal
3.0
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
2.0
2.00
2.50
3.00
Energy, M eV
3.0
N-14 T otal
Cross section, barn
Heaton70
BROND-2
1.0
1.50
Harvey91b
Finlay93
Heaton70
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
BROND-2
2.0
1.0
3.00
4.00
5.00
6.00
Energy, M eV
2.0
N-14 T otal
Cross section, barn
Harvey91b
Harvey91b
Finlay93
Heaton70
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
BROND-2
1.5
1.0
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
Energy, M eV
Рисунок 3 – Сравнение оцененных полных сечений для N-14
в области энергий от 1 -10 МэВ.
Из сравнения оцененных кривых сечения полного взаимодействия и
экспериментальных данных (см. рисунки 1-3) следует, что оценка сечения из ENDF/B
наилучшим образом согласуется с экспериментальными микроданными.
N-5
3.2. Сечение поглощения нейтронов.
Вклад различных составляющих в процесс поглощения нейтронов показан на
рисунке 4 на основе оцененных сечений из библиотеки JENDL.
1.E+00
N-14 absorbtion
Cross section, barn
1.E-01
(n,gamma)
1.E-02
(n,p)
1.E-03
(n,d)
(n,t)
1.E-04
(n,alfa)
1.E-05
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
Energy, eV
Рисунок 4 – Основные вкладчики в сечение поглощения на N-14.
Из рисунка 4 видно, что до 1 МэВ поглощение нейтронов, главным образом,
происходит за счет реакции (n,p). Выше 1 МэВ становится определяющей реакция с
испусканием альфа частицы. Величина сечения реакции с испусканием протона
становится на порядок меньше. Выше 5 МэВ вклады в поглощение нейтронов от реакций
(n,d) и(n,t) становятся сопоставимыми с вкладом реакции (n,p).
Вклад сечения радиационного захвата нейтронов на всем энергетическом
интервале практически на два порядка меньше, чем вклад от реакции (n,p).
Ниже будет проведено сравнение сечений нейтронных реакций в порядке их
значимости в процесс поглощения нейтронов.
3.2.1 Сечение реакции (n,p) (МТ=103).
На рисунке 5 показано общее сравнение оцененных и экспериментальных данных
для сечения реакции (n,p) в области энергий до 10 МэВ. Из рисунка видно, что не все
оцененные кривые согласуются с экспериментальными данными.
На рисунке 6 показано сравнение оцененных и экспериментальных данных для
сечения реакции (n,p) в области энергий до 1 МэВ. Из приведенного сравнения видно, что
в области энергий, где ход сечения пропорционален ~1/v, все оценки хорошо согласуются
между собой. “Вход” в первый резонансный уровень по-разному описан в различных
оценках. Ход сечения из оценки ENDF/B находится в противоречии с
экспериментальными данными в этой области энергий. На наш взгляд, оценка из JENDL3.3 наиболее согласована с экспериментальными данными.
Насколько хорошо различные оценки описывают резонансные уровни показано на
рисунке 7. Из представленного сравнения видно, что оценка ENDF/B не согласуется с
имеющимися экспериментальными данными в области энергий 0.45 – 2.5 МэВ.
В области энергий выше 3 МэВ все оценки согласуются с экспериментом Мограна
(1979), а выше 6 МэВ оценка из ENDF/B выполнена более корректно (см. рисунок 8).
N-6
1.E+00
ENDF/B-6.4
N-14 (n,p)
Cross section, barn
JENDL-3.3
1.E-01
MORGAN79
JOHNSON50
GIBBONS59
1.E-02
1.E-03
0.100
1.000
Energy, M eV
1.E+00
Cross section, barn
N-14 (n,p)
1.E-01
1.E-02
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
MORGAN79
JOHNSON50
RUSFOND
1.E-03
1.000
10.000
Energy, M eV
Рисунок 5 – Сечение реакции (n,p) в области энергий до 1 МэВ.
1.E-01
Cross section, barn
N-14 (n,p)
1.E-02
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
1.E-03
GIBBONS59
BROND-2.2
RUSFOND
1.E-04
1.E-05
1.E-04
Cross section, barn
1.E-02
1.E-03
1.E-02
1.E-01
Energy, M eV
1.E-01
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
MORGAN79
JOHNSON50
GIBBONS59
Baba95
Brehm88
BROND-2.2
RUSFOND
1.E-03
N-14 (n,p)
1.E-04
0.010
0.100
1.000
Energy, M eV
Рисунок 6 – Сечение реакции (n,p) в области энергий до 1 МэВ.
N-7
4.E-01
N-14 (n,p)
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
Cross section, barn
3.E-01
MORGAN79
JOHNSON50
2.E-01
RUSFOND
1.E-01
0.E+00
0.45
0.60
0.75
Energy, M eV
1.E-01
ENDF/B-6.4
N-14 (n,p)
JENDL-3.3
Cross section, barn
MORGAN79
JOHNSON50
RUSFOND
1.E-02
1.E-03
0.80
1.00
1.20
Energy, M eV
4.E-01
ENDF/B-6.4
N-14 (n,p)
JENDL-3.3
Cross section, barn
3.E-01
MORGAN79
JOHNSON50
GABBARD59
2.E-01
RUSFOND
1.E-01
0.E+00
1.30
1.40
N-14 (n,p)
Cross section, barn
8.E-02
1.50
Energy, MeV
1.E-01
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
MORGAN79
6.E-02
JOHNSON50
GABBARD59
4.E-02
RUSFOND
2.E-02
0.E+00
1.50
2.00
2.50
Energy, M eV
Рисунок 7 – Сечение реакции (n,p) в области энергий 0.45 – 2.5 МэВ.
N-8
1.E+00
Cross section, barn
N-14 (n,p)
1.E-01
1.E-02
1.E-03
3.000
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
MORGAN79
RUSFOND
4.000
5.000
6.000
7.000
Energy, MeV
1.E+00
Cross section, barn
N-14 (n,p)
1.E-01
1.E-02
ENDF/B-6.4
JENDL-3.3
RUSFOND
1.E-03
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
Energy, MeV
Рисунок 8 – Сечение реакции (n,p) в области энергий выше 3.0 МэВ.
Таким образом, из приведенного сравнения экспериментальных данных и
оцененных кривых сечения реакции (n,p) следует, что оценка ENDF/B, в которой
наилучшим образом учитывается новейшая экспериментальная информация по полному
сечению, не согласуется с экспериментальными данными по сечению реакции (n,p).
При отборе оценки сечения реакции (n,p) для библиотеки РОСФОНД следует
отдать предпочтение JENDL-3.3
3.2.2 Сечение реакции (n,alfa) (МТ=107).
Порог реакции (n,a) составляет 0.1694 МэВ. Однако вплоть до 1 МэВ (n,a) процесс
задавлен реакцией (n,p). Выше 1 МэВ эти две реакции начинают конкурировать между
собой, и выше 2 Мэв вклад реакции (n,a) в поглощение нейтронов начинает превосходить
вклад реакции (n,p). Выше 2 Мэв сечение реакции (n,a) в несколько раз больше сечения
реакции (n,p).
На рисунке 9 показано сравнение оцененных кривых с имеющимися
экспериментальными данными в области энергий до 4.0 МэВ.
Из представленного на рисунке 9 сравнения видно, что оценка JENDL-3.3
опираясь, главным образом, на экспериментальные данные Моргана (1979), слишком
круто обозначает порог реакции. На наш взгляд оценка из EAF-99, которая взята за основу
для РОСФОНДа в области порога реакции, является компромиссным вариантом
поведения сечения в этой области энергии.
N-9
Оценка из ENDF/B вплоть до 2.5 МэВ лежит выше совокупности
экспериментальных данных. Выше 2.5 Мэв она согласуется с экспериментальными
данными в пределах заявленной погрешности. Ее преимущество перед JENDL-3.3 состоит
в описании резонансных уровней, которые коррелируют с ходом полного сечения.
1.E+00
N-14 (n,a)
Cross section, barn
1.E-01
1.E-02
B-VIIb1
JENDL-3.3
RUSFOND
1.E-03
Gabbard59
Morgan79
Johnson50
1.E-04
1.00E+06
1.50E+06
0.50
N-14 (n,a)
B-VIIb1
0.40
Cross section, barn
2.00E+06
ENERGY, eV
JENDL-3.3
RUSFOND
0.30
Gabbard59
Morgan79
0.20
0.10
0.00
2.00E+06
2.50E+06
3.00E+06
ENERGY, eV
0.50
N-14 (n,a)
Cross section, barn
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
3.00E+06
B-VIIb1
JENDL-3.3
RUSFOND
3.50E+06
Gabbard59
Morgan79
4.00E+06
ENERGY, eV
Рисунок 9 – Сечение реакции (n,a) в области энергий до 4.0 МэВ.
Выше энергии 4 МэВ обе оценки согласуются между собой в пределах
погрешности экспериментальных данных (см. рисунок 10).
N-10
0.40
N-14 (n,a)
Cross section, barn
0.30
0.20
0.10
B-VIIb1
0.00
4.E+06
JENDL-3.3
RUSFOND
5.E+06
Gabbard59
6.E+06
Gabbard59x
7.E+06
8.E+06
ENERGY, eV
0.30
N-14 (n,a)
B-VIIb1
JENDL-3.3
ADL-3
RUSFOND
Cross section, barn
Leroux68
0.20
0.10
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 10 – Сечение реакции (n,a) в области энергий выше 4.0 МэВ.
Таким образом, для РОСФОНДА рекомендуется до 2.5 МэВ использовать
оцененное сечение реакции (n,a) из EAF-99, а выше 2.5 МэВ принять оценку из
ENDF/B.
3.2.3 Сечение реакции (n,d) (МТ=104).
Экспериментальные данные для сечения реакции (n,d) отсутствуют. Имеется
расчетная точка Димбидова для области выше 20 МэВ. Сравнение оцененных сечений
показано на рисунке 11.
6.0E-02
Cross section, barn
5.0E-02
Na-14 (n,d)
4.0E-02
3.0E-02
2.0E-02
1.0E-02
ENDF/B
JENDL-3.3 =EAF99
RUSFOND
ADL-3
Dimbylow80
0.0E+00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 11 – Сечение реакции (n,d) в области энергий до 20.0 МэВ.
N-11
Решено принять в РОСФОНД сечение реакции (n,d) из библиотеки JENDL3.3=EAF-99 , хотя это решение является в значительной степени произвольным.
3.2.4 Сечение реакции (n,t) (МТ=105).
Для сечения реакции (n,t) существует несколько наборов экспериментальных
данных. Сравнение с ними показано на рисунке 12.
Из представленного сравнения видно, что в области порога реакции и вплоть до 9
МэВ лучшее согласие с экспериментальными данными имеет оценка из ENDF/B=EAF-99.
0.040
ENDF/B-VIIb1
=EAF99
N-14 (n,t)
JENDL-3.3
Cross section, barn
0.030
RUSFOND
Gabbard59
Suhaimi88
0.020
Litle52
Scobel66
0.010
Moesner67
Dimbylow80
Turk76
0.000
0.0E+00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
0.040
ENDF/BVIIb1
=EAF99
N-14 (n,t)
JENDL-3.3
Cross section, barn
0.030
RUSFOND
0.020
Gabbard59
Suhaimi88
0.010
Scobel66
0.000
4.0E+06
5.0E+06
6.0E+06
7.0E+06
8.0E+06
9.0E+06
1.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 12 – Сечение реакции (n,t) в области энергий до 20.0 МэВ.
Выше 10 МэВ немногочисленные экспериментальные данные подтверждают ход
сечения из JENDL-3.3.
В РОСФОНД предлагается включить комбинацию оценок из ENDF/B - до 9 МэВ
и из JENDL-3.3 – выше этой энергии (см. рис.12).
3.3. Сечение неупругого рассеяния нейтронов (МТ=4).
Для полного сечения неупругого рассеяния нейтронов отсутствуют
экспериментальные данные, с помощью которых можно было бы оттестировать
оцененные сечения из различных библиотек. Однако для первых девяти уровней,
возбуждающихся при неупругом рассеянии нейтронов, экспериментальные данные
имеются. Результат сравнения экспериментальных данных с оцененными функциями
возбуждения первых двенадцати уровней показан на рисунке 13.
N-12
0.20
0.10
N-14 inelastic E=3.948 MeV
N-14 inelastic E=2.313 MeV
0.15
Cross section, barn
Cross section, barn
0.08
JENDL-3.3
0.06
ENDF/B-VI
Schmidt2003
Chardine86
0.04
Bauer63
0.02
0.00
0.0E+00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
0.10
Chardine86
Bauer63
Perey74
0.05
0.00
0.0E+00
2.0E+07
Schmidt2003
5.0E+06
ENERGY, eV
0.10
N-14 inelastic E=4.915 MeV
Cross section, barn
Cross section, barn
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
Schmidt2003
0.04
Chardine86
Perey74
0.02
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
0.06
Schmidt2003
Chardine86
0.04
Perey74
0.02
1.0E+07
1.5E+07
0.00
5.0E+06
2.0E+07
1.0E+07
ENERGY, eV
N-14 inelastic E=5.691 MeV
(???)
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
Schmidt2003
0.04
N-14 inelastic E=5.834 MeV
(???)
0.08
Cross section, barn
Cross section, barn
0.06
Chardine86
Perey74
0.02
JENDL-3.3
0.06
ENDF/B-VI
Schmidt2003
Chardine86
0.04
Perey74
0.02
1.0E+07
1.5E+07
0.00
5.0E+06
2.0E+07
1.0E+07
ENERGY, eV
N-14 inelastic E=6.205 MeV
N-14 inelastic E=6.445 MeV
Cross section, barn
Cross section, barn
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
0.06
Schmidt2003
0.04
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
0.06
Schmidt2003
0.04
0.02
0.02
1.0E+07
1.5E+07
0.00
5.0E+06
2.0E+07
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
ENERGY, eV
0.10
0.10
N-14 inelastic E=7.967 MeV
N-14 inelastic E=7.028 MeV
0.08
Cross section, barn
0.08
Cross section, barn
2.0E+07
0.08
0.08
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
0.06
Schmidt2003
0.04
JENDL-3.3
0.06
ENDF/B-VI
0.04
0.02
0.02
1.0E+07
1.5E+07
0.00
5.0E+06
2.0E+07
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
ENERGY, eV
0.10
0.10
N-14 inelastic E=8.062 MeV
N-14 inelastic E=8.49 MeV
0.08
0.08
Cross section, barn
Cross section, barn
1.5E+07
ENERGY, eV
0.10
0.10
JENDL-3.3
0.06
ENDF/B-VI
0.04
0.02
0.00
5.0E+06
2.0E+07
0.10
0.08
0.00
5.0E+06
1.5E+07
ENERGY, eV
0.10
0.00
5.0E+06
2.0E+07
0.08
0.06
0.00
5.0E+06
1.5E+07
N-14 inelastic E=5.106 MeV
0.08
0.00
5.0E+06
1.0E+07
ENERGY, eV
0.10
JENDL-3.3
0.06
ENDF/B-VI
0.04
0.02
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
0.00
5.0E+06
ENERGY, eV
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 13 – Сечение неупругого рассеяния для первых двенадцати уровней.
N-13
Из представленного на рисунке 13 сравнения видно, что имеющиеся
экспериментальные данные хорошо согласуются друг с другом, за исключением двух
уровней с энергией 5.691 и 5.834 МэВ. Экспериментальные данные Шмидта (2003)
вероятно приводятся для суммы этих уровней, как показано на рисунке 14.
0.10
N-14 inelastic
E=5.691MeV + E=5.834 MeV
Cross section, barn
0.08
JENDL-3.3
ENDF/B-VI
0.06
Schmidt2003
0.04
0.02
0.00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 14 – Сечение неупругого рассеяния для уровней 5.691 и 5.834 МэВ.
Из приведенного на рисунках 13 и 14 сравнения, видно, что для первых шести
уровней оцененные значения сечения неупругого рассеяния из ENDF/B лучше
согласуются с экспериментальными данными, чем оценка из JENDL-3.3. Однако, начиная
с седьмого уровня (Е=6.205 МэВ), оцененные значения сечений неупругого рассеяния
лучше согласуется с новейшими экспериментальными данными Шмидта (2003).
Учитывая, также, что в оценке JENDL-3.3 выполнена оценка для большего числа уровней
неупругого рассеяния, рекомендуется для оценки в РОСФОНД использовать оценку
первых шести уровней из ENDF/B, а для последующих уровней использовать оценку
из JENDL-3.3. В пользу этого решения послужил и тот факт, что в ENDF/B начиная с 10
уровня (7.967 МэВ) в сечение реакции неупругого рассеяния на возбужденных уровнях
добавлены вклады от реакций (n,na) и (n,np).
Результат сравнения суммарного сечения неупругого рассеяния для различных
оценок показан на рисунке 15.
0.50
N-14 inelastic
ENDF/B-VI
0.40
Cross section, barn
JENDL-3.3
0.30
NEW
0.20
0.10
0.00
0.0E+00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 15 – Полное сечение неупругого рассеяния нейтронов.
N-14
3.4. Сечение неупругого рассеяния нейтронов
с вылетом заряженных частиц (n,na), (n,np), и (n,nd).
Для указанных реакций экспериментальные данные отсутствуют. В оценке JENDL3.3 имеется индивидуальная оценка для указанных реакций. В ENDF/B, как уже отмечено
выше, сечения этих реакций замешаны с сечениями возбуждения уровнями неупругого
рассеяния нейтронов.
На рисунке 16 показана энергетическая зависимость сечения реакций (n,na), (n,np)
и (n,nd).
1.E-01
N-14 (n,na)
Cross section, barn
1.E-02
1.E-03
JENDL-3.2
ADL-3
BROND-2.2
Dimbylov80
(n,na)
1.E-04
(n,an)
1.E-05
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
1.E+00
N-14 (n,np)
Cross section, barn
1.E-01
JENDL-3.3
ADL-3
BROND-2.2
Dimbylov80
(n,np)
(n,pn)
1.E-02
1.E-03
1.E-04
1.E-05
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
1.E-01
N-14 (n,nd)
Cross section, barn
1.E-02
1.E-03
JENDL-3.2
BROND-2.2
Dimbylov80
(n,nd)
(n,dn)
1.E-04
1.E-05
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 16 – Сечение реакции (n,na), (n,np) и (n,nd).
N-15
Сечения сравниваются с оценкой Димбилова (1980) с учетом очередности вылета
заряженной частицы. Для РОСФОНДА рекомендуется использовать оценку из
JENDL-3.3.
3.5. Сечение реакции (n,2n) (МТ=16).
Имеется большое количество экспериментальных данных для указанной реакции.
На рисунке 17 представлено сравнение оцененных сечений и наиболее полных наборов
экспериментальных данных.
0.012
N-14 (n,2n)
Cross Section, barn
0.010
ENDF/B-6
0.008
JENDL-3.3
Crary60
0.006
Ferguson60
Bormann65
0.004
Ryves78
Sakane01
0.002
RUSFOND
0.000
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 17 – Сечение реакции (n,2n).
Последние экспериментальные данные Сакане (2001) подтверждают форму кривой,
принятой в JENDL-3.3. В целом, оценка из JENDL лучше согласуется с совокупностью
экспериментальных данных во всем энергетическом диапазоне. Для РОСФОНДА
рекомендуется использовать оценку из JENDL-3.3.
3.6. Сечение реакции (n,2alfa) (МТ=108).
Сечение реакции (n,2a) имеет высокий порог реакции. Экспериментальных данных
немного, точнее, одна работа Шмидта (1967), в которой приводятся результыты
измерения сечения в 15 МэВ’ной точке. Сравнение оцененных сечений показано на
рисунке 21.
0.10
Cross section, barn
N-14 (n,2a)
0.08
0.05
ENDF/B-VIIb1
JENDL-3.3
0.03
RUSFOND
Schmidt67
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
ENERGY, eV
Рисунок 18 – Сечение реакции (n,2a).
N-16
2.0E+07
Из представленного на рисунке 18 сравнения видно, что эксперимент Шмидта
подтверждает оценку JENDL, которая и рекомендуется для РОСФОНДа.
3.7. Суммарное сечение неупругих взаимодействий (МТ=3).
Сечений для этой реакции получаются путем суммирования всех нейтронных
сечений, приводящих к неупругому взаимодействию с ядром N-14. Наравне с сечением
упругого рассеяния, оно приводится для контроля принятых выше сечений реакций,
приводящих к неупругому взаимодействию с ядром N-14.
На рисунке 19 показано сравнение оцененных сечений неупругого взаимодействия
в области энергий от 0.1 до 10 МэВ.
Экспериментальных данных немного, все они находятся в области энергий выше 5 МэВ.
На рисунке 20 приводится сравнение оцененных сечений с имеющимися наборами
экспериментальных данных.
Из представленного на рисунке 20 сравнения видно, что все оцененные сечения
одинаковым образом согласуются с экспериментальными данными в пределах заявленных
экспериментальных ошибок.
1.E+00
Cross section, barn
N-14 nonelastic
1.E-01
ENDF/B-VIIb1
JENDL-3.3
RUSFOND
1.E-02
1.E-03
1.E+05
Cross section, barn
1.E+00
1.E+06
ENERGY, eV
1.E-01
N-14 nonelastic
1.E-02
ENDF/B-VIIb1
JENDL-3.3
RUSFOND
1.E-03
1.E+06
1.E+07
ENERGY, eV
Рисунок 19 – Сравнение сечения реакции неупругих взаимодействий
в области энергий 0.5 - 10.0 МэВ.
N-17
1.0
N-14 nonelastic
Cross section, barn
0.8
0.6
0.4
ENDF/B-VIIb1
JENDL-3.3
0.2
RUSFOND
Nystroem72
Chase61
0.0
4.0E+06
6.0E+06
8.0E+06
ENERGY, eV
1.0
N-14 nonelastic
0.8
Cross section, barn
1.0E+07
0.6
0.4
0.2
ENDF/B-VIIb1
JENDL-3.3
RUSFOND
Degtjarev65
Dimbylow80
Hansen68
Bauer63
0.0
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 20 – Сравнение сечения реакции неупругих взаимодействий
в области энергий выше 5 МэВ.
3.8. Сечение упругого рассеяния (МТ=2).
Сечений для этой реакции получаются из баланса сечений путем вычитания из
величины сечения полного взаимодействия
значений всех нейтронных сечений,
приводящих к неупругому взаимодействию с ядром N-14. Наравне с сечением неупругих
взаимодействий, оно приводится для контроля принятых выше сечений реакций с ядром
N-14.
Экспериментальных данных по упругому рассеянию мало. На рисунках 21 – 23
показано сравнение оцененных и экспериментальных значений упругого рассеяния.
N-18
Из представленного на рисунках 21-23 сравнения видно, что все оцененные
сечения одинаковым образом согласуются с экспериментальными данными в пределах
заявленных экспериментальных ошибок.
В РОСФОНД рекомендуется включить сечение из JENDL-3.3. Основание для
этого выбора – см. п. 4.1.
12.0
N-14 Elastic
Cross section, b
9.0
6.0
ENDF/B
JENDL-3
3.0
RUSFOND
0.0
1.E+01
1.E+03
1.E+05
1.E+07
Energy, eV
Рисунок 21 – Сечение упругого рассеяния в области 10 эВ – 10 МэВ.
12.0
N-14 Elastic
ENDF/B
Cross section, b
9.0
JENDL-3
6.0
RUSFOND
3.0
0.0
4.0E+05
4.5E+05
5.0E+05
Energy, eV
6.0
N-14 Elastic
Cross section, b
ENDF/B
JENDL-3
3.0
0.0
5.0E+05
RUSFOND
6.0E+05
7.0E+05
8.0E+05
9.0E+05
1.0E+06
Energy, eV
Рисунок 22 – Сечение упругого рассеяния в области 0.4 МэВ – 1.0 МэВ.
N-19
6.0
N-14 Elastic
ENDF/B
Cross section, b
JENDL-3
RUSFOND
3.0
0.0
1.0E+06
1.5E+06
2.0E+06
Energy, eV
2.0
Cross section, b
N-14 Elastic
1.0
ENDF/B
JENDL-3
Perey74
Bauer67
Chardine86
Schmidt03
RUSFOND
0.0
4.0E+06
6.0E+06
8.0E+06
1.0E+07
Energy, eV
1.5
N-14 Elastic
Cross section, b
1.0
0.5
ENDF/B
JENDL-3
Bauer67
Chardine86
Schmidt03
Bauer76
Templon85
Baba85
Lundberg67
RUSFOND
0.0
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
Energy, eV
Рисунок 23 – Сечение упругого рассеяния в области 1.0 МэВ – 20.0 МэВ.
N-20
4. Угловые распределения нейтронов (MF=4)
4.1. Угловые распределения нейтронов при упругом рассеянии.
Угловые распределения в обеих оценках заданы с помощью разложения по
полиномам Лежандра в системе центра масс.
В оценке ENDF/B угловое распределение задано в 614 точках по энергии. При
этом, до 10 эВ распределение изотропно, от 10 эВ до 2.4 МэВ оно задано с помощью 4-х
членов разложения, от 2.495 МэВ до 10 МэВ – с помощью 6 членов разложения, выше 10
МэВ угловое распределение задано с помощью 8 членов разложения по полиномам
Лежандра.
В оценке JENDL угловое распределение задано в 91 точке по энергии. При этом, до
10 кэВ распределение изотропно, от 10 кэВ до 12 МэВ оно задано с помощью 10 членов
разложения а выше 12МэВ угловое распределение задано с помощью 12 членов
разложения по полиномам Лежандра.
Ниже на рисунке 24 -25 показано сравнение экспериментальных данных с
восстановленными значениями функции углового распределения с помощью программы
REBUS при использовании коэффициентов разложения из различных оценок. Сравнение
приводится для ряда точек энергетического интервала таким образом, чтобы иметь
представление о соответствии экспериментальных данных и восстановленных кривых во
всем диапазоне энергий.
6.0
N-14 E=4.34 MeV
JENDL-3.3
ENDF/B
4.0
Elastic DA
Perey74
2.0
0.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
COSINE
6.0
N-14 E=4.9 MeV
JENDL-3.3
ENDF/B
Perey74
Elastic DA
4.0
2.0
0.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
COSINE
Рисунок 24 – Сравнение угловых распределений нейтронов рассеянных при
упругом взаимодействии с N-14 в области энергий 4 - 5 МэВ.
N-21
6.0
N-14 E=7.9 MeV
JENDL-3.3
ENDF/B
4.0
Perey74
Elastic DA
Shardine86
Schmidt01
2.0
0.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
COSINE
6.0
N-14 E=11 MeV
JENDL-3.3
ENDF/B
Templon85
4.0
Elastic DA
Shardine86
Schmidt01
2.0
0.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
COSINE
6.0
N-14 E=14 MeV
ENDF/B
JENDL-3.3
Templon85
4.0
Elastic DA
Shardine86
Schmidt01
2.0
0.0
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
COSINE
Рисунок 25 – Сравнение угловых распределений нейтронов рассеянных при
упругом взаимодействии с N-14 в области энергий 8 - 14 МэВ.
N-22
Из приведенного на рисунках 24 - 25 сравнения видно, для лучшего согласия с
имеющимися экспериментальными данными для восстановления угловых
распределений нейтронов рассеянных при упругом взаимодействии с N-14 следует
использовать коэффициенты разложения из оценки JENDL-3.3.
4.2. Угловые распределения нейтронов при неупругом рассеянии.
Сравнение последних экспериментальных данных Шмидта (2003) и оцененных
угловых распределений нейтронов при неупругом рассеянии было сделано только для
рассеяния на самом сильном уровне с энергией 3.943 МэВ. Сравнение приводится на
рисунке 26.
2.0
2.0
E=7.89MeV
(Level 3.943 MeV)
1.6
E=10.81MeV
(Level 3.943 MeV)
JENDL
1.6
JENDL
DA inelastic
DA inelastic
ENDF/B
ENDF/B
1.2
Schmidt03
0.8
0.4
1.2
Schmidt03
0.8
0.4
0.0
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.0
-1.0
1.0
COSINE
2.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.8
1.0
0.8
1.0
E=11.78 MeV
(Level 3.943 MeV)
ENDF/B
DA inelastic
DA inelastic
-0.2
JENDL
1.6
Schmidt03
0.8
0.4
1.2
Schmidt03
0.8
0.4
0.0
0.0
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
-1.0
COSINE
2.0
-0.8
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
COSINE
Level 3.943 MeV
(E=12.79MeV)
JENDL
1.6
ENDF/B
DA inelastic
ENDF/B
1.2
-0.6
2.0
E=9.88MeV
(Level 3.943 MeV)
JENDL
1.6
DA inelastic
-0.4
COSINE
ENDF/B
1.2
-0.6
2.0
E=8.89MeV
(Level 3.943 MeV)
JENDL
1.6
-0.8
Schmidt03
0.8
0.4
Schmidt03
1.2
0.8
0.4
0.0
0.0
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
COSINE
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
COSINE
Рисунок 26 – Сравнение угловых распределений нейтронов рассеянных при
неупругом взаимодействии с N-14 на уровне 3.943 МэВ.
Из приведенного на рисунке 26 сравнения видно, что, в целом, оценка ENDF/B
согласуется с экспериментальными данными Шмидта (2003) лучше, чем оценка JENDL.
N-23
Поэтому, учитывая уже выполненную процедуру принятия оценки для
нейтронных сечений неупругого рассеяния, рекомендуется в РОСФОНД для угловых
распределений нейтронов уровней неупругого рассеяния использовать оценку из
ENDF/B.
5. Энергетические распределения нейтронов (MF=5)
Спектры нейтронов для реакций (n,2n), (n,np), (n,na), (n,nd) для РОСФОНДА
рекомендуются использовать из JENDL, поскольку несколько ранее (разделы 3.4, 3.5) и
нейтронные сечения для соответствующих реакций были рекомендованы из JENDL.
6. Данные для фотонов (MF=12, 13, 14, 15)
При анализе фотонных данных использовались файлы оцененных нейтронных данных
библиотек JENDL-3.3 и ENDF/B-VIIb1. В них представлены две независимые оценки
фотонных данных.
В JENDL-3.3 оценка фотонов была взята из JENDL-3.2, в которой K.Shibata в 1994
году откорректировал данные фотонов при радиационном захвате (MT=102). В настоящее
время в библиотеке фотоны представлены следующим образом:
MF=12(множественности образования фотонов) содержит MT=102, 103,
MF=13(сечения образования) – MT=3,
MF=14(угловые распределении) – MT=3,102,103 – все изотропны,
MF=15(энергетические распределения) – MT=3,102,103.
Фотонные данные в файлах MT=12, 13, 15 были получены по программе GNASH
(Young P.G. and Arthur E.D.: LA-6947 (1977)).
C первого взгляда в библиотеке ENDF/B-7 фотоны представлены более подробно и
представляют собой более позднюю оценку фотонов (2000г):
MF=12 MT=102,
MF=13 MT= 4, 28, 32, 103, 104, 105, 107;
MF=14 MT= 4, 28, 32, 102, 103, 104, 105, 107,
MF=15 MT=102.
Оценки фотонных данных для всех реакций выполнялись на основе
многочисленных экспериментальных данных.
Однако следует отметить, что для реакций MT=28 и MT=32 в файле нет
нейтронных данных (возникает вопрос баланса). Далее, энергетические распределения
фотонов приведены только для радиационного захвата MT=102.
В целом, подход к оценке фотонных данных в ENDF/B выглядит более физичным.
На наш взгляд, в оценке ENDF/B присутствует ошибка следующего характера.
Согласно описанию выполненной оценки (МТ=451) фотонные данные для реакции (n,na)
(MT=22) ошибочно приписаны реакции (n,nd) (MT=32). На этот факт дополнительно
указывает информация об оценке нейтронных сечений на отдельных уровнях неупругого
рассеяния.
Для сравнения фотонных данных по программе NJOY были получены матрицы
выходов вторичных гамма квантом (28_нейтронных × 15_фотонных групп). При
сравнении полученных данных оказалось, что матрицы фотонов для реакций (n,g) и (n,p)
(MT=102, 103) практически совпадают.
В полной матрице именно эти реакции
определяют фотоны при взаимодействии нейтронов с энергией ниже 1.4 МэВ (с 5 по 28
нейтронную группу). В более высокой области энергии нейтронов, наблюдаемые
расхождения по выходам фотонов проявляются из-за вкладов дополнительных реакций в
оценке ENDF/B.
N-24
Из выше изложенного, следует, что для РОСФОНД’а предпочтение следует
отдать фотонным данным из ENDF/B, при этом откорректировать данные для
реакции (n,na) и добавить энергетические распределения для реакции (n,p).
7. Заключение
7.1. Выводы.
Для библиотеки РОСФОНД файл нейтронных данных для азота-14 рекомендуется
сделать комбинированным. Его следует сформировать согласно проведенному анализу
всей совокупности экспериментальных и оцененных нейтронных данных и
рекомендациям, сделанным по каждому разделу данных.
7.2. Автор отбора оцененных данных:
Кощеев В.Н.
N-25
7.2. Азот-15
1. Общее описание
Малораспространенный изотоп (содержание в естественной смеси (0.366%),
выгодно отличающийся от основного изотопа – азота-14 – низким сечением поглощения.
В связи с этим этот изотоп рассматривается как перспективный материал для
изготовления нитридного топлива.
Имеется три полных файла для азота-15:
- оценка E.Arthur, P.Yound, G.Hale (1983), используемая в ФОНД, B-VII и JEFF-3.1,
- оценка T.Fukahori (1988), включенная в JENDL-3.3.
- и оценка А.Блохина и Н.Работнова и др. – БРОНД-2.2 (1989).
1.1. Z=7
1.2. A=15.000 108 898 2(8)
1.3. Awr=14.871 250 764 0(8)
1.4. Содержание в естественной смеси: - 0.366 %
1.5. Перечень нейтронных реакций
МТ
Реакция
4
16
22
28
32
33
102
103
104
105
107
(n,n’)
(n,2n)
(n,na)
(n,np)
(n,nd)
(n,nt)
(n,γ)
(n,p)
(n,d)
(n,t)
(n,a)
Q, МэВ
-5.2702
-10.8337
-10.9911
-10.2074
-16.1598
-14.8486
2.4920
-8.9892
-7.9827
-9.9022
-7.6218
1.6. Схема уровней:
MT
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
LEVEL ENERGY(MEV)
0.0
5.2702
5.2988
6.3239
7.1551
7.3008
7.5671
8.3126
8.5714
9.0497
9.1519
9.1549
9.2221
9.7600
9.8290
SPIN-PARITY
1.25/2+
1/2+
3/25/2+
3/2+
7/2+
1/2+
3/2+
1/2+
3/25/2+
1/25/27/2-
N-26
Eпорог., МэВ
Ядро-продукт*)
5.6246
11.5622
11.7302
10.8938
17.2464
15.8471
0.0
9.5937
8.5196
10.5680
8.1344
N-15
N-14
B-11
C-14(5730 y)
C-13
C-12
N-16(7.13 s)
C-15(2.45 s)
C-14(5730 y)
C-13
B-11
65
9.9250
66
10.0660
91(cont)10.4497
3/23/2+
1.7. Радиоактивность: не радиоактивен
2. Резонансная область: (MF=2)
2.1. Спин и четность Jπ= 1+;
2.2. Радиус рассеяния: R=0.886366-12см.
2.3. Область резонансных энергий. – области резонансных энергий нет.
3. Сечения нейтронных реакций (MF=3)
Основные нейтронные реакции для N-15 в области энергий до 10 МэВ показаны
на рисунке 27.
1.E+01
MT=1
Cross section, barn
1.E-01
N-15 neutron reactions
MT=2
1.E-03
MT=102
1.E-05
MT=4
1.E-07
1.E-02
1.E+00
1.E+02
1.E+04
1.E+06
ENERGY, eV
Рисунок 27 – основные нейтронные реакции на N-15.
Из приведенной на рисунке 27 информации видно, что в области энергий до 5
МэВ основным сечением является сечение упругого рассеяния. Сечение радиационного
захвата по величине на несколько порядков меньше.
Энергетические зависимости пороговых реакций, которые возможны на N-15,
показаны на рисунке 28. Откуда видно, что до 10 МэВ основной вклад в полное сечение из
них дает неупругое рассеяние нейтронов.
1.E+01
MT=102
N-15 neutron reactions
MT=4
1.E+00
Cross section, barn
MT=16
1.E-01
MT=22
MT=28
1.E-02
MT=32
MT=103
1.E-03
MT=104
1.E-04
MT=105
MT=107
1.E-05
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
ENERGY, eV
N-27
2.0E+07
Рисунок 28 – основные нейтронные реакции на N-15.
3.1. Полное сечение (МТ=1).
На рисунке 29 представлено сравнение оцененных нейтронных данных из
перечисленных трех библиотек в области энергий от 10 эВ -1 МэВ, из которого видно, что
оценки по-разному согласуются с рекомендованным значением Мухабхаба.
5.0
N-15 Total
Cross section, barn
4.8
4.6
4.4
4.2
4.0
1.0E-03
ENDF/B
BROND-2
NEW
JENDL
Mughabghab81
1.0E-01
1.0E+01
1.0E+03
1.0E+05
ENERGY, eV
Рисунок 29 – Сравнение полных сечений N-15 в области энергий до 1 МэВ.
Из приведенного сравнения видно, что оценка ENDF/B не согласуется с
рекомендованным значением полного сечения, а в области энергий от 0.0253 эВ до 100
кэВ скорее всего ошибочна из за некорректной интерполяции сечения на одном из
рабочих этапов. На рисунке 30 показано сравнение расчетных сечений с
экспериментальными данными в области энергий первого резонанса (0.85-1.0 МэВ).
5.0
ENDF/B
N-15 T otal
JENDL
BROND-2
Cross section, barn
Zeitnitz71
4.0
Fossan64
Donoghue64
NEW
3.0
2.0
8.5E+05
9.0E+05
9.5E+05
1.0E+06
ENERGY, eV
Рисунок 30 – Сравнение полного сечения N-15 в области энергий
0.850-1.0 МэВ.
Из приведенного сравнения видно, что оценка ENDF/B наилучшим образом
описывает довольно подробный эксперимент Зейтнитца (1971), в то время, как другие
оценки с эти экспериментом не согласуются.
На рисунке 31 показано сравнение оцененных и экспериментальных данных в
области энергий от 1 – 20 МэВ.
N-28
5.0
N-15 Total
N-15 Total
Cross section, barn
Cross section, barn
4.0
3.0
3.0
2.0
ENDF/B
Zeitnitz71
JENDL
Fossan64
BROND-2
Donoghue64
NEW
1.0
1.0E+06
1.2E+06
1.4E+06
1.6E+06
1.8E+06
1.0
2.0E+06
2.0E+06
ENDF/B
JENDL
Zeitnitz71
NEW
2.2E+06
2.4E+06
BROND-2
2.6E+06
2.8E+06
3.0E+06
ENERGY, eV
ENERGY, eV
3.0
4.0
N-15 Total
ENDF/B
N-15 Total
JENDL
Cross section, barn
Cross section, barn
BROND-2
3.0
Zeitnitz71
NEW
2.0
2.0
ENDF/B
1.0
3.0E+06
3.5E+06
4.0E+06
1.0
4.5E+06
4.5E+06
JENDL
5.0E+06
ENERGY, eV
BROND-2
Zeitnitz71
6.0E+06
N-15 Total
Cross section, barn
Cross section, barn
JENDL
1.5
1.5
ENDF/B
6.5E+06
7.0E+06
7.5E+06
1.0
8.0E+06
8.0E+06
JENDL
8.5E+06
BROND-2
9.0E+06
ENERGY, eV
Zeitnitz71
9.5E+06
NEW
1.0E+07
ENERGY, eV
2.0
2.0
N-15 Total
JENDL
BROND-2
N-15 Total
Zeitnitz71
NEW
Cross section, barn
ENDF/B
Cross section, barn
5.5E+06
NEW
2.0
N-15 Total
ENDF/B
NEW
1.8
1.6
1.8
1.6
ENDF/B
1.4
1.00E+07
Zeitnitz71
ENERGY, eV
2.0
1.0
6.0E+06
BROND-2
1.10E+07
1.20E+07
1.30E+07
1.40E+07
1.50E+07
1.4
1.50E+07
ENERGY, eV
1.60E+07
JENDL
BROND-2
1.70E+07
1.80E+07
Zeitnitz71
1.90E+07
NEW
2.00E+07
ENERGY, eV
Рисунок 31 - сравнение оцененных и экспериментальных данных
для полного сечения N-15 в области энергий от 1 – 20 МэВ
Из приведенного на рисунке 31 сравнения видно, что, в целом, все оценки в
пределах экспериментальной точности согласуются между собой. Но в области энергий до
10 МэВ оценки БРОНД и ENDF/B лучше согласуются с экспериментом. А в области
энергий выше 10 МэВ с экспериментом лучше согласуются оценки ENDF/B и JENDL.
N-29
Вывод
Для библиотеки РОСФОНД следует модифицировать оценку БРОНД на основе
оценок ENDF/B и JENDL в тех областях энергий, где последние оценки лучше описывают
эксперимент Зейтнитца (1971). На рисунках модифицированная кривая обозначена как
оценка NEW.
3.2. Сечение радиационного захвата (МТ=102).
Общее представление о поведении оцененных сечений радиационного захвата
можно получить из рисунка 32 (при отсутствии экспериментальных данных).
1.E-03
N-15 (n,gamma)
Cross section, barn
1.E-04
1.E-05
1.E-06
1.E-07
1.E-08
1.E-09
1.E-10
1.E+01
ENDF/B
1.E+02
1.E+03
JENDL
1.E+04
BROND
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
ENERGY, eV
Рисунок 32 – Оцененные сечение радиационного захвата для N-15.
Различный характер поведения оцененных кривых объясняется тем, что в оценках
ENDF и JENDL учитывается прямой p-wave захват. В JENDL его вклад оценивался по
формуле Мейсснера и др. А в ENDF/B его вклад рассчитывался по статистической модели
с использованием аппроксимации Акселя для коэффициентов прохождения гамма квантов
гигантского дипольного резонанса. В оценке БРОНД сечение получено с использованием
обычного формализма многоуровнего Брейта-Вигнера. Поскольку прямой захват,
повидимому, присутствует в природе, то оценка JENDL является более привлекательной
при наличии корреляций между полным сечением и сечением захвата.
На рисунке 33 показано сравнение резонансной структуры упомянутых двух
сечений, приведенных к виду удобному для сравнения.
1.E+01
CROSS SECTION, barn
N-15
(n,gamma)*1E5
TOTAL
1.E+00
1.E+06
1.E+07
ENERGY, eV
Рисунок 33 – Сравнение резонансной структуры сечений радиационного захвата и
полного взаимодействия для N-15.
N-30
Вывод
Для библиотеки РОСФОНД следует использовать оцененную кривую сечения
радиационного захвата на основе JENDL.
3.3. Сечение неупругого рассеяния нейтронов (МТ=4).
На рисунке 34 приведено сравнение оцененных сечений неупругого рассеяния
нейтронов на N-15 (экспериментальные данные отсутствуют).
0.80
Cross section, barn
N-15 Inelastic
0.60
0.40
ENDF/B
0.20
JENDL-3.3
BROND-2
0.00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 34 – Сечение неупругого рассеяния нейтронов на N-15.
Из приведенного на рисунке 34 сравнения видно, что оценки БРОНД и ENDF/B
согласуются между собой в области энергий до 10 МэВ. Более резкий спад оценки
ENDF/B вероятно вызван конкуренцией сечений пороговых реакций, имеющих более
высокие значения сечений. В следующих разделах сравнения на это следует уделить
внимание. Оценка JENDL, по-видимому, является чересчур заниженной.
3.4. Сечение реакций с вылетом протона (МТ=103 и МТ=28).
На рисунке 35 приводится сравнение оцененных сечений реакции (n,p) с
экспериментальными данными.
0.030
Cross section, barn
N-15 (n,p)
ENDF/B
0.020
JENDL
BROND
Schantl70
Prasad66
0.010
0.000
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 35 – Сечение реакции (n,p) на N-15.
Из приведенного на рисунке 35 сравнения видно, что оценка ENDF/B
единственным образом согласуется с экспериментом.
N-31
На рисунке 36 приводится сравнение оцененных сечений реакции (n,np).
Cross section, barn
0.06
N-15 (n,np)
0.04
ENDF/B
JENDL
BROND
0.02
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 36 – Сечение реакции (n,np) на N-15.
Из приведенного на рисунке 36 сравнения, трудно отдать предпочтение какой
либо оценке при отсутствии экспериментальных данных.
3.5. Сечение реакций с вылетом дейтона (МТ=104 и МТ=32).
На рисунке 37 приводится сравнение оцененных сечений реакции (n,d) и (n,nd).
N-15 (n,d)
0.12
Cross section, barn
ENDF/B
JENDL
0.08
BROND
0.04
0.00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
0.010
N-15 (n,nd)
Cross section, barn
0.008
0.006
JENDL
0.004
0.002
0.000
1.7E+07
1.8E+07
1.9E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 37 – Сечение реакции (n,d) и (n,nd) на N-15.
Из приведенного на рисунке 37 сравнения, видно, что оценки ENDF/B и JENDL
согласуются между собой, в то время, как оценка БРОНД имеет другую форму кривой.
N-32
Из приведенного на рисунке 37 сравнения, трудно отдать предпочтение какой
либо оценке при отсутствии экспериментальных данных.
3.6. Сечение реакций с вылетом альфа частицы (МТ=107 и МТ=22).
На рисунке 38 приводится сравнение оцененных сечений реакции (n,a) и (n,na).
0.30
Cross section, barn
N-15 (n,alfa)
0.20
ENDF/B
JENDL
0.10
BROND
0.00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
0.25
N-15 (n,na)
Cross section, barn
0.20
ENDF/B
0.15
JENDL
BROND
0.10
0.05
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 38 – Сечение реакции (n,a) и (n,na) на N-15.
Из приведенного на рисунке 38 сравнения, видно, что оценки ENDF/B и JENDL
согласуются между собой, в то время, как оценка БРОНД имеет другую форму кривой.
Из приведенного на рисунке 38 сравнения, трудно отдать предпочтение какой
либо оценке при отсутствии экспериментальных данных.
3.7. Сечение реакций с вылетом нейтрона (МТ=16).
На рисунке 39 приводится сравнение оцененных сечений реакции (n,2n).
Из приведенного на рисунке 39 сравнения, видно насколько оценки ENDF/B,
JENDL и БРОНД согласуются между собой. Отметим, что оценка ENDF/B имеет
максимальные значения сечения.
Из приведенного на рисунке 39 сравнения, трудно отдать предпочтение какой
либо оценке при отсутствии экспериментальных данных.
N-33
0.16
Cross section, barn
N-15 (n,2n)
0.12
0.08
ENDF/B
0.04
JENDL
BROND
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
Рисунок 39 – Сечение реакции (n,2n) на N-15.
3.7. Сечение реакций с вылетом трития (МТ=105 и МТ=33).
На рисунке 40 приводится сравнение оцененных сечений реакции (n,a) и (n,na).
0.14
N-15 (n,t)
Cross section, barn
0.12
0.10
0.08
ENDF/B
JENDL
BROND
0.06
0.04
0.02
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
1.8E+07
2.0E+07
1.8E+07
2.0E+07
ENERGY, eV
0.14
N-15 (n,t)
Cross section, barn
0.12
0.10
0.08
JENDL
0.06
0.04
0.02
0.00
1.0E+07
1.2E+07
1.4E+07
1.6E+07
ENERGY, eV
Рисунок 40 – Сечение реакции (n,t) и (n,nt) на N-15.
N-34
Из приведенного на рисунке 40 сравнения, видно, что оценки ENDF/B и JENDL
согласуются между собой, в то время, как оценка БРОНД имеет другую форму кривой.
Из приведенного на рисунке 40 сравнения, трудно отдать предпочтение какой
либо оценке при отсутствии экспериментальных данных.
Выводы
Из приведенного на рисунках 34 – 40 сравнения сечений пороговых реакций
видно, что в целом, наиболее согласованной оценкой можно назвать оценку ENDF/B,
поскольку она согласуется с экспериментом для реакции (n,p) а в отсутствии
экспериментальных данных не противоречит другим оценкам.
4. Заключение
4.1. Выводы
В библиотеку РОСФОНД для изотопа N-15 предлагается включить модификацию
оценки ENDF/B, выполненную следующим образом:
- обновить полное сечение на основе оценки БРОНД и экспериментальных данных
Зейтнитца;
- обновить сечение захвата на основе оценки JENDL, в которой учтен прямой pзахват;
- остальные нейтронные и фотонные данные взять из оценки ENDF/B;
- сечение упругого рассеяния нейтронов получить из условия баланса всех сечений.
4.2. Автор отбора оцененных данных:
Кощеев В.Н.
N-35