核数据：核基础研究与工程应用的桥梁

核数据是核物理基础研究、核能开发与利用以及核技术发展的基础数据，是连接核物理基础研究与核技术应用的重要桥梁，其质量直接关系到与核相关产品的有效性、安全性与经济性。

本文概述了核数据、核数据用途以及国内外核数据发展动态，分析了国内核数据工作发展与国外的差距，总结了国外相关核数据工作经验以及给中国核数据工作带来的启示，提出了在现有基础上如何发展中国的核数据研究工作的建议。

核数据是用于描述入射粒子（如中子、质子、伽马等）与原子核发生相互作用概率的核反应数据（如反应截面、弹性散射角分布、双微分截面、能谱等）及原子核自身基本性质，如原子核的质量、结构及发射粒子方式与强度等核结构与放射性衰变数据的统称。

核数据研究是一个系统工程，涵盖了核数据实验测量、核反应与核结构理论模型、核数据评价建库、核数据加工处理和宏观基准检验等一系列研究过程，也覆盖了核物理基础研究到应用的完整链条。

核数据工作主要内容及流程

核数据的应用

核数据是核事业发展的重要基础数据，一切与原子核自身特性、粒子与核反应过程相关的核科学研究、核设施建设以及核技术应用都离不开核数据。

核数据在基础科学研究中扮演着重要的角色，精确的核数据对核理论模型的检验与发展、宇宙学研究中天体核合成过程的计算准确性具有重要意义。

核能发展对核数据种类以及精度有着越来越高的要求。

新型核能系统追求更高的核燃料利用率、更少的核废料产生率、更高的安全性及更好的经济性等，这对中子反应核数据的准确性提出了很高的要求。

核数据在国民经济发展的其他领域也有着广泛的应用。

如不同能量的各类带电粒子核反应数据是研究宇宙射线对人体、仪器及材料活化和辐射损伤的基础输入数据；一些核素的衰变数据等是辐照育种、产品杀菌、工业探伤、资源勘探、环境监测和同位素生产以及医疗检测、核医学与射线治疗等医学应用的重要输入参数等。

国际核数据研究发展趋势

国际上主要发达国家对核数据研究非常重视。

在核数据测量方面，国际上的中子源已经发展到第三代，散裂中子源已成为核数据测量最为先进的平台，其中最具代表性的有美国洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）的WNR装置和欧洲核子研究中心（CERN）的n_TOF装置。

LANSCE示意

n_TOF装置示意

在探测器方面，用于高精度核数据测量的探测器与探测技术在不断涌现，如全空间高效率探测器阵列以及高分辨的组合探测技术等，为核数据的精确测量提供了技术支撑。

在核数据评价方面，主要核数据大国一直在不断提高自己评价核数据库的水平，包括核素范围、数据种类、数据质量以及数据库更新频率等，且已经建立了完整的核数据评价体系。

核数据基础研究对提高核数据库的质量有重要作用。例如，随着计算机计算能力的大幅提高，美国在裂变基础研究方面取得了重要的进展，实现了五维集体变形坐标下的位能曲面的真实计算，定性再现了裂变后的相关实验可观测量。

236U裂变位能曲面

目前，国外核数据研究呈现出以下4方面趋势：

高精度：随着实验装置水平的不断提升及实验技术的不断进步，实验测量数据的精度越来越高，评价数据精度也随之提升。

作为标准截面之一的238U(n,f)裂变截面评价不确定度更新比较，2015年国际原子能机构推荐的参考截面不确定度比2006年在40MeV之上能区大幅降低

宽能区：利用各类实验装置，发达国家已经开展从热中子到GeV能区跨越10多个量级的核数据测量，可为全能区的核数据评价提供可靠的实验数据支撑。

中子诱发典型重核反应截面随入射中子能量（10-5~108 eV）的变化

大规模：核素种类从稳定核延伸到不稳定核区，核数据类型越来越全，因此数据规模越来越大，以满足不同应用领域对核数据的需求。最新版中国评价核数据库CENDL-3.2包含了272种核素，其中70个核素给出了主要核反应截面的协方差数据。

高普适：需要高普适性的数据库，以形成一套可以满足所有相关用户需求的高质量数据。

中国核数据研究

现状与面临的问题

中国核数据研究工作开始于20世纪60年代，一直紧紧围绕国防建设、核动力发展的需求开展研究。

1975年，正式成立了中国核数据中心，并全面开展了核数据测量与评价研究工作，先后完成了多期全国性核数据研究任务，形成了由实验测量、理论计算和评价建库体系等构成的较为完整的自主的核数据研究能力。

目前，中国核数据中心和中国评价核数据库已分别成为国际公认的核数据中心和五大核数据库之一。

国际原子能机构网站的主流核数据库

与国际先进水平相比，中国的核数据工作在如下3方面有着较大差距：

先进高性能中子源及核数据测量探测器系统短缺

当今核物理实验研究强烈依赖于大型科学装置以及各种新型探测器及相关的测量技术，中国在这些方面与发达国家仍然存在较大的差距。

例如对可用于核数据测量的中子源这一项，国内只有部分基于反应堆和各种静电及高压加速器的中子源，只能给核数据测量提供热中子束、0-40 MeV能区若干单能点的中子束，不仅能区不连续，且中子流强较弱。

中子源建设的严重滞后制约了相关实验方法及探测器技术的发展，影响了中国核数据实验研究水平的提高，也制约了相关理论研究的深入和评价水平的提升。

核数据相关基础研究缺乏关键性突破

随着核物理理论与实验的不断发展，国内的核数据计算程序与国际上著名的核数据程序系统相比，在模型理论和适用性方面等都存在较大的差距。

中国早期发展的核数据模型程序已不能完全满足新形势对核数据的需求；核反应与核结构基础研究人才缺失，与国际最新进展差距增大。

高水平核物理基础研究人才队伍需重新凝聚

在中国核数据发展初期，凝聚了一大批核物理基础研究领域的高水平人才队伍。

他们为中国核数据及基础研究做出了重要的贡献，为研制具有中国特色的核数据评价模型系统MUP系列和UNF系列奠定了坚实的理论基础，为中国核数据工作在国际上取得应有的地位奠定了基础，同时也培养了一大批研究骨干。

但这批骨干已逐渐离开了这些基础研究领域，核数据基础研究人才出现了严重断档。

中国核数据

未来发展的建议

加强核数据基础研究

核数据相关的核物理基础研究涵盖了核反应与核结构的实验测量和理论研究领域。

核反应与核结构研究中研发的实验方法和技术可为核数据实验研究提供强有力的技术支撑；核物理理论研究领域取得的优秀成果可以为一些目前无法从实验上获取的数据提供预言，提高核反应与核结构数据理论预言的可靠性，因此加强核物理基础研究是核数据长远发展的基础。

建设先进核数据实验测量平台，提高实验测量能力

实验数据是核数据发展的基础，要提高中国核数据的整体水平，提高核数据实验能力是前提，充分利用近年来建成的各种大科学装置，为高水平的核数据测量提供基础条件。

2018年建成的中国散裂中子源尽管其性能指标与国际上最先进的装置比尚有差距，但也为中国开展更高水平的核数据测量提供了新的平台，也将促进相关探测器与实验测量技术的发展。

中国散裂中子源核数据测量专用管道布局

加强人工智能、大数据、机器学习等新技术及新方法在核数据领域中应用

在核数据研究中积极引进当前蓬勃发展的新技术、新方法，可为中国核数据研究在一些方面实现与国际并跑、领跑提供机会。

随着计算机计算能力的显著提升，更多非线性分析的方法可以应用于核数据评价中，已有的研究也显示出机器学习技术为改进核数据评价方法提供了新的工具。

建立高效的国内外交流与合作机制

由于核数据工作涵盖了核物理基础研究到应用领域，因此，开展高水平的交流与合作是推动核数据发展的加速器。

虽然中国核数据国际交流与合作有时会受到一定的限制，但也需要尽可能创造条件，鼓励国际合作与交流。

同时在国内依托已有的全国核数据工作协作网，根据各协作单位的设施与研究特长，建立更加紧密的合作机制，建设相关配套终端开展高水平的实验测量工作。

积极牵引相关基础理论的发展，为中国核数据研究的持续发展奠定基础支撑。

加强高水平核数据人才队伍建设

人才队伍是核数据发展的根本动力。

中国目前高水平的核数据研究人才仍然匮乏，与核大国的高水平研究团队有很大的差距。

因此，必须尽快在这方面加大投入，吸引优秀的年轻人才参与到核数据研究工作中，并通过承担重要研究工作的方式，使其尽快成长为骨干研究力量，为中国核数据研究实现全面领先打好人才基础。

结论

中国核数据研究工作已经取得了长足的进步，建立了具有自主知识产权的核数据研究体系，满足了国防与国民经济建设以及基础科学发展对核数据的急需，在国际上取得了与中国国际地位相适应的地位，并为国际核数据做出了应有的贡献。

当前，中国核数据研究正面临极好的发展机遇，需进一步动员全国优势研究力量，不断引入新技术、新方法，加快研究队伍的培养，为使中国核数据研究工作实现全面自主可控、在未来全面进入国际领先水平而坚持不懈。

作者简介：葛智刚，中国原子能科学研究院，研究员，研究方向为核数据。

论文全文发表于《科技导报》2021年第19期

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