Оценка нейтронных данных - выработка рекомендованных энергетических зависимостей нейтронных сечений, энергетических и угловых распределений рассеянных нейтронов - явилась одним из основных направлений работ в лаборатории. Это направление на первых этапах работы являлось особенно важным поскольку международный обмен оцененными нейтронными данными в те годы не осуществлялся. Предполагалось организовать константное обеспечение нейтронно-физических расчетов в рамках единой Системы Обеспечения Константами Расчетов АТОмных Реакторов – системы СОКРАТОР, включающей библиотеку файлов оцененных данных, комплекс программ их переработки в групповые константы и программы подготовки констант к расчету. Были разработаны форматы библиотек СОКРАТОР, началось их заполнение.

Один из этапов этой работы – оценка данных по угловым распределениям упруго рассеянных нейтронов – был доложен на англо-советском семинаре в Дубне в 1971 г. Позже эта работа была выпущена отдельной книгой, а МАГАТЭ выпустило ее на английском языке. Это положило начало международному обмену оцененными нейтронными данными: была получена английская библиотека оцененных данных UKNDL, затем немецкая библиотека KEDAK, затем стала доступна и американская библиотека ENDF/B-2 (в отличие от предыдущих – в электронном виде). Формат представления данных ENDF/B получил всеобщее признание и вытеснил из употребления форматы СОКРАТОР, UKNDL и KEDAK.

К середине 70-х годов файлы СОКРАТОР были переведены в формат ENDF/B и образовали библиотеку ФОНД (Файлы Оцененных Нейтронных Данных), которая была положена в основу системы констант БНАБ-78.

Следующий этап работы в этом направлении завершился созданием более полной библиотеки ФОНД-2.2, на основе которой была разработана система констант БНАБ-93.

Наконец, в 2005 г. была начата и в 2007 г. завершена работа по созданию Российской национальной библиотеки оцененных нейтронных данных РОСФОНД, содержащей данные для всех стабильных ядер и долгоживущих радионуклидов (с периодом полураспада более суток), а также данные о законах рассеяния тепловых нейтронов в большинстве замедляющих сред (вода, графит, бериллий и др. – всего 20 материалов). Эта библиотека послужила основой для системы констант БНАБ нового поколения – БНАБ-РФ, разработка которой в настоящее время завершается.

Развитие методов переработки оцененных данных в групповые константы явилось вторым важным направлением работ лаборатории. Для оперативного расчета факторов резонансной самоэкранировки (f-факторов Бондаренко) на основе резонансных параметров требовалась разработка эффективных методов и вычислительных программ. Необходимое математическое обеспечение было создано Л.П.Абагян (область разрешенных резонансов) и В.В.Синицей (область неразрешенных резонансов), Н.О.Базазянц были разработаны алгоритмы и написаны программы расчета  матриц вероятностей и угловых моментов межгрупповых переходов при упругом и неупругом рассеянии нейтронов. Разработанные программы были объединены В.В.Синицей в вычислительный комплекс ГРУКОН. В 90-х годах, когда стал доступен американский программный комплекс NJOY, осуществляющий переработку файлов оцененных данных в групповые константы, он стал использоваться параллельно с ГРУКОН’ом, что обеспечило большую надежность сложной и трудоёмкой алгоритмической переработки.

Наряду с методом учета резонансной самоэкранировки с помощью f-факторов Бондаренко  развивался и альтернативный метод - метод подгрупп, предложенный М.Н.Николаевым и позволяющий учитывать пространственную зависимость эффекта резонансной самоэкранировки. Оптимальное получение подгрупповых параметров представляет весьма сложную вычислительную задачу, в решении которой принимали участие В.Ф.Хохлов, М.М.Савоськин, В.В.Синица., В.В.Кощеев. Последним подгрупповые параметры для основных реакторных материалов были включены в американскую программу MCNP, реализующую метод Монте-Карло с детальным слежением за энергией нейтронов, что обеспечило возможность корректного учета резонансной самоэкранировки сечений в области неразрешенных резонансов при расчете многих систем.

Большое внимание уделялось внедрению системы констант БНАБ в вычислительные программы и верификации результатов расчетов. Под наблюдением сотрудников лаборатории в НИИАР была создана первая такая программа – МИМ. Чуть позже в матотделе ФЭИ была создана программа М-26 расчета быстрых реакторов с использованием 26-групповых констант БНАБ (И.П.Маркелов и М.А.Барыба). Сотрудничество с матотделом обеспечило оперативное внедрение в расчетную практику и следующей версии констант БНАБ-78 с помощью программного комплекса АРАМАКО (М.М.Савоськин). В 90-х годах, когда математический отдел ФЭИ практически распался, разработка программ подготовки констант к расчету (программы CONSYST, FORAN, SUBGRAN, FORMCNP и др.) современных версий систем констант (БНАБ-93, БНАБ-РФ, БНАБ-БН) осуществлялось уже собственными силами Лаборатории (Г.Н.Мантуров, Г.М.Жердев, А.Ю.Поляков и др.).

Наряду с развитием системы констант БНАБ в Лаборатории ведутся работы по совершенствованию 69-групповой программы, WIMS, для подготовки констант для расчетов ячеек гетерогенных предназначенной для подготовки гомогенизированных констант гетерогенных решеток реакторов на тепловых нейтронах. Исходный вариант программы WIMS-D4 при работе с уран-ториевым и MOX-топливом не позволял корректно рассчитывать изменение его нуклидного состава и учитывать резонансную самоэкранировку сечений накапливающихся тяжелых изотопов плутония. Модифицированные программы WIMS-ABBN и WIMS-RF (Г.Н.Жердев) лишены этого недостатка и базируются на более современных файлах нейтронных данных.

Достаточно сложные методы и реализованные алгоритмы, обеспечивающие приемлемую точность многогрупповых расчетов (как разработанные, так и просто освоенные в лаборатории), изложены в монографии «Многогрупповое приближение в теории переноса нейтронов», вышедшей в свет в 1981 г.

Разработка систем групповых констант - это основная задача, для решения которой лаборатория, собственно, и создавалась.  Первым этапом работ в этом направлении явилось усовершенствование исходной версии 26-групповых констант БНАБ путем пересмотра данных по сечениям захвата и деления урана-238, урана-235 и плутония-239. При этом пересмотре были учтены как новые результаты микроскопических экспериментов (в частности, повышение величины «альфа» для плутония), так и результаты экспериментов, выполненных на модели реактора БН-350, собранной на стенде БФС. Эта версия системы констант получила название БНАБ-70. В 1972 г. результаты расчетов по модифицированной системе констант были убедительно подтверждены при физпуске реактора БН-350.

Тем не менее, обстоятельства требовали дальнейшего развития системы и в 1978 г. была создана система констант БНАБ-78, отличающаяся от предыдущих версий следующим.

Расширена рассматриваемая область энергий с 10.5 МэВ до 14 МэВ, для чего число групп увеличено с 26 до 28 (путем введения дополнительных энергетических групп нулевой и минус-первой). Это позволило применять систему констант БНАБ-78 для расчета гибридных систем – размножающих бланкетов термоядерных установок.

Введены подгрупповые параметры для описания резонансной структуры сечений, что обеспечило возможность более корректного учета гетерогенных эффектов.

Введены данные об образовании гамма-квантов в нейтронных реакциях и 15-групповые константы для расчета распространения гамма-излучения, что позволило, вместе с существенным повышением точности описания анизотропии рассеяния нейтронов (с Р1 до Р5 приближения), использовать БНАБ-78 для расчетов радиационной защиты.

Введены данные об энерговыделении при делении и захвате нейтронов, что позволило повысить точность расчетов распределения энерговыделения.

Введены данные о погрешностях групповых констант и ковариациях, что открыло возможность оценки константной составляющей погрешности расчетных результатов.

Константы БНАБ-78 опирались, в основном, на первую версию библиотеки файлов ФОНД. Однако целый ряд констант базировался непосредственно на результатах интегральных экспериментов – в частности, на упоминавшихся выше функциях пропускания, результаты измерений которых не могли быть в то время адекватно представлены в файлах оцененных данных.

В связи с изменением метода учета резонансных эффектов и расширением номенклатуры констант для подготовки к расчетам была создана программа АРАМАКО-С1, которая прошла валидацию в расчетах экспериментов на быстрых критических сборках как отечественных, так и зарубежных, на реакторе БН-350, защитных экспериментов и была рекомендована в отрасли в качестве стандарта. Одним из новых применений системы констант БНАБ стали расчеты в обоснование ядерной безопасности (Б.Г.Рязанов).

80-е годы ХХ-ого столетия характеризовались быстрым развитием техники нейтронно-физического эксперимента и резким увеличением объема доступных экспериментальных данных. Файлы оцененных нейтронных данных заметно уточнились. Возросла детальность описания энергетических зависимостей нейтронных сечений. Для адекватного учёта в многогрупповых расчетах возросшей экспериментальной информации требовался переход к большему числу энергетических групп. Возросшие возможности вычислительной техники способствовали этому переходу и к началу 90-х была разработана усовершенствованная версия констант БНАБ-93, в которой, наряду с привычными пользователю 28 группами, для ряда важнейших реакторных материалов содержались 299 мультигрупповые константы (стандартные группы БНАБ разбивались на 6, 8. 12, 25 более узких групп).

Для подготовки этих констант к расчету была создана специальная программа CONSYST, в задачу которой входил предварительный 299-групповой расчет спектров нейтронов в каждой из зон реактора в В0-приближении с последующей сверткой сечений в меньшее число групп (в стандартные группы БНАБ). При этом учитывались как эффекты термализации, так и гетерогенные эффекты. Такой подход облегчал внедрение новой системы констант, поскольку не требовал обязательного увеличения числа энергетических групп в программах расчета нейтронных полей. После того, как в 1995 г. подробный верификационный отчет о новой системе констант прошел экспертизу Государственной Службы Стандартных Справочных Данных и получил соответствующий аттестат, новая система констант БНАБ-93 стала использоваться во многих российских НИИ и КБ.

Разработка в 2005–2006 гг. национальной библиотеки файлов данных РОСФОНД поставило перед лабораторией задачу создания версии системы константного обеспечения нового поколения, которая должна вобрать весь предыдущий опыт развития констант БНАБ с учетом существенно возросших возможностей вычислительной техники и методов программирования.

Оценка интегральных экспериментов - в первую очередь, экспериментов на критических сборках и реакторах, макетах радиационной защиты - относится к числу основных направлений работы Лаборатории. Первоочередное внимание уделяется экспериментам на быстрых критических сборках БФС, моделирующих, главным образом, быстрые реакторы, разрабатывающиеся в ФЭИ. В связи с определяющей ролью, которую играет замкнутый топливный цикл в идеологии быстрых реакторов для атомной энергетики, и особым вниманием, проявляемым к обеспечению ядерной безопасности на различных этапах топливного цикла, немало сил выделяется на оценку экспериментов в обоснование этой безопасности. Здесь работа ведется в рамках широкого международного сотрудничества по проекту ICSBEP (International Criticality Safety Benchmark Experiments Project) и IRPhEP (International Reactor Physics Experiments Project).

В международный справочник “ICSBEP Handbook” силами лаборатории в сотрудничестве с  экспериментальными подразделениями ФЭИ включены оцененные данные для множества критических экспериментов, выполненных либо специально в обоснование ядерной безопасности, либо могущие быть использованными для этого обоснования. Внесен заметный вклад и в Справочник IRPhEP, содержащий данные более широкого круга реакторных экспериментов. Ведется большая работа по анализу результатов экспериментов, выполненных в разных странах, выявлению взаимосогласованных надежных наборов ”benchmark”-экспериментов на основе методов статистического анализа, по оценке погрешностей расчетных предсказаний критичности (Т.Т.Иванова, Ю.Е.Головко). К этому направлению относится и работа по поддержке базы данных LEMEX (Г.Н.Мантуров), содержащей результаты экспериментов на быстрых критсборках. Поддерживается международная база данных DICE, в которую, в частности, включены результаты расчетного анализа на основе констант БНАБ-93 более 4000 содержащихся в “ICSBEP Handbook” экспериментов (Е.В.Рожихин).

Расчетное сопровождение экспериментов на энергетических быстрых реакторах было организовано в связи с пуском реактора БН-350 и продолжено на БН-600. Важнейшими физическими экспериментами, выполненными на БН-350, явились измерения отношений сечений радиационного захвата на актинидах, не образующих достаточно короткоживущих ядер-продуктов и потому не поддающихся измерению активационными методами. На БН-350 была реализована уникальная программа измерений сечений подобных реакций, в рамках которой сверхчистые образцы актинидов облучались в миниатюрных ампулах в разных зонах реактора. Затем продукты реакций исследовались с использованием специальных радиохимических методик. Были построены надежные расчетные модели этих экспериментов, их результаты использовались при валидации систем констант БНАБ-78 и БНАБ-93 (А.М.Цибуля, М.Ю.Семенов). Многократно проводившиеся на реакторе БН-600 эксперименты по определению энерговыделения в ТВС методом гамма-сканирования совместно с расчетным анализом полей энерговыделения (в каждой микрокампании) позволило создать подробную базу данных (ModExSys) о нуклидном составе всех облученных ТВС и с высокой точностью предсказывать запасы реактивности при перегрузках реактора, в том числе при загрузке в активную зону нестандартных - экспериментальных ТВС. База данных содержит все экспериментальные и расчетные данные и непрерывно пополняется в процессе эксплуатации реактора БН-600 (Ю.С.Хомяков, А.В.Моисеев).

Сопровождение расчетных комплексов и программ является необходимым условием квалифицированного анализа интегральных экспериментов. Часть этих программ разрабатывалась силами лаборатории – трехмерная диффузионная программа TRIGEX (А.С.Серегин, Т.С.Кислицына), программа многогрупповых расчетов методом Монте-Карло MMKKENO (А.А.Блыскавка), программный комплекс подготовки констант CONSYST и система программ и архивов ИНДЭКС (Г.Н.Мантуров). Часть используемых программ получена из-за рубежа или из других институтов страны. Так, из США получены программы NJOY, MCNP5, TWODANT, система SCALE-4.3 и 4.4a; из ИПМ РАН - KACKAD и KATRIN. Для расчетов по ядерной безопасности создана программная оболочка СКАЛА (Г.М.Жердев), объединившая многие расчетные комплексы, обеспечив единство константного обеспечения и удобства для пользователей. Многие прецизионные расчетные программы, такие как MCNP, например, или KATRIN, для их эффективного использования требуют творческого подхода, основанного на знании алгоритмических особенностей этих программ. Большой вклад в эту работу вносят В.В.Грабежной, Е.В.Рожихин, О.В.Павлова и др.

Оценка константных составляющих расчетных погрешностей  является одним из важнейших направлений деятельности лаборатории.  Формально для оценки константной составляющей расчетной погрешности требуется всего две вещи: надо знать чувствительности рассчитываемой величины к константам, используемым при расчете и ковариационную матрицу погрешностей этих констант. Расчет чувствительностей осуществляется на основе теории возмущений, существенный вклад в разработку которой внесен специалистами ФЭИ (Л.Н.Усачев, В.Я.Пупко, В.В.Орлов), однако практическая программная реализация не проста. Для важнейшей расчетной характеристики – коэффициента размножения – А.А. Блысковкой разработан и реализован в программном комплексе ММККENO эффективный алгоритм, позволяющий оценивать производные этого коэффициента по константам непосредственно в процессе расчета реактора. Метод получения чувствительностей на основе этих производных был предложен К.Ф.Раскачем и программно реализован Г.М.Жердевым в системе СКАЛА.

Проблема оценки погрешностей нейтронных данных, к сожалению, не имеет вполне обоснованного решения, поскольку определяющий вклад в эти погрешности может быть обусловлен неизвестными факторами и может носить не случайный, а систематический характер. Для получения более-менее реалистичных результатов требуется сопоставление множества независимо определенных констант и анализ их статистического распределения. Эта процедура не может быть однозначно определена и разные оценщики получают результаты, отличающиеся друг от друга в несколько раз. В лаборатории давно уже накоплен опыт работы в этом направлении и именно на основе этого опыта были построены ковариационные матрицы погрешностей констант БНАБ-78. Близкие оценки были получены в США, но в Японии были получены гораздо более оптимистичные оценки погрешностей.

Решение проблемы видится в сопоставлении расчетно-экспериментальных расхождений в критических параметрах с величинами, ожидаемыми исходя из оценок константных погрешностей и погрешностей определения самих критпараметров. Это направление и развивается в лаборатории. Создана библиотека матриц погрешностей нейтронных констант - МАКОВКА, содержащая различные варианты оценок этих матриц (Г.М.Жердев). Ведется тщательная переоценка погрешностей результатов критэкспериментов из справочника ICSBEP на основе статистического анализа больших наборов подобных экспериментов. Полученные ковариационные матрицы макроэкспериментов заносятся в библиотеку LEMEX системы INDECS. После расчета всех необходимых чувствительностей и занесения их в библиотеку LSENS c помощью программы CORE системы INDECS проводится статистический анализ всей совокупности микро- и макро-данных и на его основе получаются уточненные ковариационные матрицы констант, на основе которых вычисляются  погрешности расчетных предсказаний, подтвержденные реакторными экспериментами. К настоящему времени создана программно-методическая база для выполнения подобных оценок, отобраны надежные наборы критических экспериментов с водными растворами урана разного обогащения, смешанного уран-плутониевого топлива, влажных порошков и др. (А.М.Цибуля, Е.В. Рожихин, Т.Т.Иванова, Ю.Е.Головко). Для этих типов размножающих систем, типичных для внешнего топливного цикла, получены реалистичные оценки точности расчетного предсказания критичности.

Научно-информационная деятельность. В течении многих лет, пока в рамках Министерства по атомной энергии СССР функционировала комиссия по ядерным данным, сотрудники лаборатории принимали активное участие в деятельности этой комиссии и, в частности в организации международных конференций по нейтронной физике, проводимых по инициативе этой комиссии в Киеве раз в 4 года. Результаты работ лаборатории регулярно докладываются и на зарубежных международных конференциях «Ядерные данные для науки и технологии», периодически проводимых в разных странах.

Представители лаборатории (А.М.Цибуля и Е.В.Рожихин) активно работают в составе международной рабочей группы проекта ICSBEP и таким образом участвуют в обсуждениях результатов всех оцененных критических экспериментов, помещаемых в международный справочник ICSBEP Handbook.

В 1993 г. Приказом Министра Атомной энергетики № 658 (пункт 7) было предписано создание в  ФЭИ отраслевого Центра интегральных экспериментов и реакторных констант (ЦИЭРК). Приказом директора ФЭИ этот центр был создан на базе лаборатории №103. В 2001 г. ЦИЭРК зарегистрирован в реестре отраслевой службы стандартных справочных данных под № ОСССДМАЭ 03-2001, о чем выдано официальное свидетельство. Функции лаборатории как отраслевого Центра состоят в представлении созданных в ней библиотек оцененных данных, систем групповых констант, наборов оцененных бенчмарк-экспериментов на экспертизу в Головной отраслевой центр по стандартным справочным данным, после чего им присваивается  статус «рекомендованных справочных данных».

В течение многих лет лаборатория активно принимает участие в проведении ежегодного отраслевого семинара «Нейтроника. Он проводится обычно в конце октября каждого года в г.Обнинске на базе ГНЦ РФ – ФЭИ. В течение достаточно длительного времени семинар проводился совместно с научно-технической ассоциацией АКТИС и имел название «Алгоритмы и программы для нейтронно-физических расчетов ядерных реакторов». В настоящее время на семинаре рассматриваются также и вопросы анализа нейтронно-физических экспериментов, создания баз данных, проблемы расчетного и экспериментального обоснования нейтронно-физических характеристик инновационных проектов ядерных реакторов и др. Расширение тематики семинара нашло отражение в новом названии «НЕЙТРОНИКА – Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики».

Подготовка научных кадров. За время существования лаборатории ее сотрудниками по тематике лаборатории были выполнены и защищены 11 диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

1. Абагян Л.П.
2. Базазянц Н.О.
3. Цибуля А.М.
4. Синица В.В.
5. Мантуров Г.Н.
6. Коробейников В.В.
7. Семенов М.Ю.
8. Забродская С.В.
9. Кощеев в.Н.
10. Иванова Т.Т.
11. Раскач К.Ф.

Кроме того, по тематике лаборатории были выполнены и защищены 5 кандидатских диссертаций сотрудниками других подразделений института или других НИИ.

1. Игнатов Н.  (МИФИ);
2. Савоськин М.М. (матотдел ФЭИ);
3. Хохлов В.Ф. (Институт биофизики);
4. Рязанов Б.Г. (отдел Ядерной Безопасности);
5. Великанов В.А. (Томский ПТИ).