EVALUACION DEL ELEMENTO ZINC DESDE LA INFORMACION INCLUIDA EN LA BASE DE DATOS NUCLEARES BROND-2.2. Francisco Leszczynski * y Gian Carlo Panini **

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1 EVALUACION DEL ELEMENTO ZINC DESDE LA INFORMACION INCLUIDA EN LA BASE DE DATOS NUCLEARES BROND-2.2 Francco Leszczynski * y Gian Caro Panini ** * Centro Atómico Barioche, CNEA, Argentina ** ENEA, Boogna, Itaia RESUMEN En os útimos años, e zinc está comenzando a ser un interesante materia ampiamente usado como componente de máquinas nuceares. A pesar de eo, no exten datos competamente dponibes para preparar bibiotecas de datos básicos reacionados con interacciones neutrónicas y fotónicas. En a actuaidad exte una evauación parcia para e eemento zinc, de CENDL-2, sin datos de producción gamma. En a base JEF-2.2 se incuye soo un ótopo, Zn-64, sin producción gamma. En BROND-2.2 se incuyen dos tipos de evauaciones: zinc natura con producción gamma no en e formato estándar endf-6, y evauaciones otópicas sin datos de producción gamma. A fin de producir bibiotecas mutigrupo aptas para ser usadas en cácuos con programas de transporte neutrónico y fotónico, con todos os datos necesarios, es necesario re-evauar e eemento (o todos os ótopos) con técnicas y programas de procesamiento de datos especiamente deñados para ese fin. Los métodos y resutados de una evauación de estas características, que dieron como producto fina un competo conjunto de datos para e eemento zinc en formato endf-6, se describen en este trabajo. I. INTRODUCCION En os útimos años, e zinc se está convirtiendo en un interesante materia, ampiamente usado como componente en máquinas nuceares. A pesar de eo, os datos para preparar bibiotecas de datos nuceares no están competamente dponibes. En e pasado no extieron evauaciones debido a a poca importancia de materia, ya sea como componente de substancias químicas o como producto de fión, debido a que por su masa (aproximadamente 65 uma) está ubicado en a región de mínimo izquierdo de a curva de rendimientos de productos de fión en función de as masas. Hasta e presente, as siguientes evauaciones estaban dponibes : CENDL-2 : zinc natura con datos de difusión neutrónica, sin producción gamma; JEF-2.2 : soamente un ótopo, e Zn- 64, incuyendo datos de dpersión neutrónica, sin producción gamma; BROND-2.2 : dos grupos de evauaciones :zinc natura con datos de dpersión neutrónica y producción gamma en formato no-estándar, y evauaciones de ótopos con datos de dpersión neutrónica y producción gamma. Para producir bibiotecas mutigrupo con todos os datos necesarios, incuyendo dpersión neutrónica y datos de daño por radiación que incuyan kermas y producción de rayos gamma, es necesario re-evauar e eemento (o todos sus ótopos), o cua constituye una actividad muy extensa temporamente, pero, considerando que exten os conjuntos de evauaciones antes mencionados, se decidió examinar con profundidad esos datos a fin de crear a partir de eos, un conjunto constente con agunos datos compementarios de dtintas fuentes. En particuar, se trató de juntar datos provenientes de mmo aboratorio, con o cua se minimizarían os probemas de constencia de datos. Para ese propósito, uego de un exhaustivo estudio de todos os datos dponibes, se eigieron as evauaciones de IPPE BROND 2.2. II. EVALUACIONES DEL ZINC E zinc es un eemento metáico con Z=3. Está formado por cinco ótopos naturamente estabes con números másicos 64, 66, 67, 68 y 7, y abundancias de 48.6, 27.9, y.6 respectivamente, en porcentajes. Las secciones eficaces térmicas de captura y dpersión, junto con as integraes de resonancias (barns) son tadas en a taba : TABLA. Secciones Eficaces e Integraes de Resonancias [] Isótopo σγ σs Iγ

2 Zn-64 Zn-66 Zn-67 Zn-68 Zn-7 * : no hay datos..76 ±.2.85 ± ±.8. ±..83± ± ±.3 * 5.4 ±.3 *.45 ±.6.77 ± ±.2.86±.6 Evauaciones IPPE de zinc. E IPPE ( Institute of Physics and Power Engineering, Obninsk, rusia) pubicó dos conjuntos de evauaciones de zinc : una de eemento y cuatro evauaciones otópicas, cuyas principaes características se tan a continuación. Eemento Zinc. Esta evauación, de M.Nikoaev y S.Zabrodskaja incuye datos neutrónicos y datos de producción gamma, pero no puede ser procesada por códigos estándar taes como NJOY [2], debido a que os datos de producción fotónica desde a reacción (n, γ) (MT=2) no son dados en e formato estándar ENDF-6 [3]. Además, a dpersión eástica es bastante aproximada siendo totamente definida por sóo un nive y asume como umbra e primer nive excitado de Zn-64. Todas as reacciones que producen fotones, incuidas en a sección de secciones eficaces (MF=3) tienen sus datos correspondientes en as secciones correspondientes a a descripción detaada de producción fotónica (MF=2 a 5 para incuir as dtribuciones γ, excepto a reacción (n,3n) (MF=7). La Mayor parte de as secciones eficaces en MF=3 provienen de ajustes vuaes de datos experimentaes, mientras que fueron usados códigos de modeos nuceares para obtener datos diferenciaes. Los parámetros de resonancias son dados para todos os ótopos estabes, incuyendo e Zn-7. Para os datos correspondientes a MF=6 se adoptó e formato ENDF-6. Como referencia, a definición de a ey de dtribución de rayos γ no-estándar de MF=2 con a opción I=3 es dada en a sección de información genera (MF=), MT=45 de archivo BROND-2.2 origina. Zinc otópico. Cuatro ótopos fueron evauados por A.I.Bokhin : e Zn-7 fue descartado debido a su escasa importancia. Los archivos incuyen parámetros de resonancias, as reacciones reevantes en MF=3, con un gran número de nivees ineásticos dcretos, reacciones (n, n partícua cargada) y todos os datos de dtribución anguar y de energías secundarias. No exten datos de producción de rayos γ. La mayoría de os datos fueron obtenidos con cácuos computacionaes usando códigos de modeos nuceares. Los datos correspondientes a MF=6 no son dados. Combinación de a evauación eementa con as evauaciones otópicas. Se reaizó una combinación de a evauación IPPE de eemento zinc con as evauaciones otópicas, que parecen ser compementarias una con as otras. Se siguieron os siguientes pasos :. a dpersión ineástica por nivees en a evauación de eemento fue substituida por os nivees otópicos; 2. a producción de rayos γ desde os nivees dcretos fue cacuada; 3. e rendimiento de producción de rayos γ ineástico continuo fue cacuado; 4. a opción MF=2, MT=2, L=3 fue traducida para obtener compatibiidad con as prescripciones ENDF-6, tratando de savar e deño origina sobre e que se basa a modificación ; 5. modificaciones menos importantes fueron reaizadas por medio de códigos de preprocesamiento estándar. En as siguientes secciones, ordenadas por números de reacciones MT, se expica en detae cómo se introdujeron as modificaciones antes mencionadas en a evauación de eemento. MT=4 (n,n ) MF=3 secciones eficaces. Sin cambios : se basan en ajustes vuaes de datos experimentaes. MT=6 (n,2n) MF=3 secciones eficaces. La reacción (n,3n) MT=7 no tiene producción de rayos γ, entonces se sumó a esta reacción ya que su ata energía umbra ( MeV) y su bajo vaor (5% de (n,2n) a 2 MeV) permite esta aproximación. Se asume también que esta modificación no afecta a MT=6,MF=4 y MF=5 ni a MT=6 (datos de producción de rayos γ). MF=4 dtribuciones anguares. Sin cambios. MF=5 dtribuciones de energías secundarias. Sin cambios. MT=7 (n,3n) MF=3 secciones eficaces. Eiminada. MF=4 dtribuciones anguares. Eiminada. MF=5 dtribuciones de energías secundarias. Eiminada. MT=5 a 9 nivees dcretos ineásticos MF=3 secciones eficaces. La reacción MT=5 origina de a evauación de eemento fue eiminada y substituida por os nivees dados en as evauaciones IPPE otópicas. E procedimiento utiizado para reaizar esta substitución se expica resumidamente a continuación. Consideremos a taba 2: TABLA 2. Características deos Isótopos de Zn Isótopo Eumbra(MeV) Νο.de nivees % otópico Zn-64 Zn-66 Zn-67 Zn Los siguientes criterios fueron apicados para seeccionar os nivees a ser incuidos que, según as prescripciones ENDF-6, no pueden ser mas de 4 : Zn-64: 5 a 63 mas 9, o sea, todos os nivees, ya que este es e ótopo mas importante; Zn-66: 5 a 6 mas 9; os tres nivees restantes han sido agregados a continuo; Zn-67: 5 a 58 mas 9; aunque es e menos importante respecto a su abundancia -4.% soamente- este ótopo tiene e umbra mas bajo; todos os nivees ubicados debajo de umbra de

3 os ótopos principaes, que es de aproximadamente MeV, han sido tenidos en cuenta y os 7 nivees restantes se han agregado a continuo; Zn-68: 5 a 54, 56 a 59, 63 a 9; os se nivees restantes han sido agregados a continuo. Los nivees descartados son aqueos que tienen e menos importante vaor promedio de secciones eficaces desde e umbra hasta e ímite superior energético con: σ, E max,, σ Eumbra,,, E max,, = Eumbra,, ( E) X( E) de X( E) de X(E) es e espectro de fión estándar; esta seección ha sido hecha después de mutipicar por a abundancia reativa de ótopo correspondiente a cada nive. La suma de todos os nivees mas e continuo MT=9 (obtenida como se especifica mas adeante) ha sido renormaizada a MF=3, MT=4 de a evauación origina de eemento. MF=4 dtribuciones anguares. Las dtribuciones anguares correspondientes a MT=5 a 9 desde as evauaciones otópicas de Zn de IPPE han sido tomadas de acuerdo con a seección expicada previamente. MF=2 rendimiento de producción fotónica. Nueva evauación con a opción L=2; os datos de nivees han sido tomados de ENSDF y un programa auxiiar ha sido escrito para transformar estos datos a formato de arregos de probabiidades de transiciones ENDF-6. MT=9 continuo ineástico MF=3 secciones eficaces. Las reacciones han sido obtenidas como a suma promediada con as abundancias de MT 9 de as evauaciones otópicas mas os nivees eiminados como se describió en a sección precedente. MF=4 dtribuciones anguares. Se asumió como otrópicas tanto en a evauación de eemento como en as evauaciones otópicas de IPPE. Se despreciaron posibes efectos anotrópicos debido a a incusión de os nivees dcretos en MF=3. MF=5 dtribuciones de energías secundarias. Sin modificaciones. MF=2 rendimiento de producción fotónica. Nueva evauación basada en e baance energético debido a cambio de os vaores de as secciones eficaces y a a incusión de os nivees dcretos. Un nuevo rendimiento con a opción L= fue computado con un programa escrito para ese fin. MT=2 captura radiactiva MF=3 secciones eficaces. Las secciones eficaces desde MF=2 (parámetros resonantes) y MF=3 de a evauación de eemento origina fueron adoptadas sin cambios. MF=2 rendimientos de producción fotónica Nueva evauación desde os datos originaes de eemento; a conversión de os datos se basa en e procedimiento descripto en a sección correspondiente a MF=, MT=45 y en [4]. MF=2 es usado para representar a dependencia con a energía neutrónica de as secciones eficaces de producción fotónica por medio de mutipicidades (L=) o de arregos de probabiidades de transiciones (L=2). En os datos originaes se utiiza una opción adiciona (L=3), desarroada por os autores de esas evauaciones, y amada esquema de transición de radiaciones. Esta opción no está impementada en os códigos de procesamiento en uso, como es e stema NJOY. Por o tanto, un paso necesario antes de incuir esos datos para que estén dponibes a os usuarios fue desarroar un procedimiento de transformación desde L=3 a L=. Se resume a continuación a opción L=3. En esta opción, e espectro fotónico de captura radiactiva se obtiene desde a expresión: ( γ n ) = { } Y E E P A B C D = Eγ es a energía de fotón saiente En es a energía de neutrón incidente es e número de ótopos en e materia P = P(En) es a probabiidad de que a reacción ocurra en e ótopo A=A(Eγ <- En) es e espectro de fotones desde transiciones en a región de continuo B=B(Eγ <- En) es e espectro de fotones de transiciones desde e estado de captura a os nivees dcretos C=C(Eγ <- En) es e espectro de fotones desde transiciones entre nivees D es un parámetro asociado a a emión que acompaña a conversión interna que aquí no es considerado. Las componentes A, B, C se cacuan con as siguientes expresiones: ( ) ( ) A = X E f E E n γ n (2) X(En) es a probabiidad de transición radiactiva en a región de continuo mutipicada por a mutipicidad (dada en MF=2,L=3) f(eγ <- En) es a parte continua de espectro fotónico (dada en MF=5) E parámetro B está dado por a siguiente expresión: NLEV B = Y i ( En ) δ Eγ B i= A Q A, n, i NLEV es e número de nivees dcretos de () (3)

4 ótopo Bn es a energía de igadura de neutrón A es a masa (en unidades neutrónicas) Q,i es a energía de excitación de i-esimo nive de núceo compuesto formado desde e ótopo Y,i(En) es a probabiidad de transición radiactiva desde e estado de captura a i-esimo nive excitado, mutipicada por a mutipicidad (dada en MF=2). E parámetro C está dado por a siguiente expresión: { } i ( n ) δ γ ( i j ) C = Z E b E Q Q NLEV, i i, j,, i= j= Z,i(En) es a probabiidad de transición radiactiva desde e estado de captura y desde os estados en a región de continuo a i-esimo estado excitado b,j es a probabiidad de transición radiactiva desde e i-esimo estado a j-esimo estado. Conversión a a opción L=. Siguiendo as regas de formato ENDF-6, L=, MF=2 debe contener a mutipicidad o e rendimiento y k (En) para cada fotón dcreto k, con energía Eg -(NK-) TAB regtros- y un regtro con e rendimiento de fotón de continuo, integrado sobre a energía de fotón, y NK (En). Para os fotones dcretos, y k (En) se obtiene con: ( ) = ( ) y E P B C k n = Para os fotones continuos, y NK (En) es: Eγ max ( ) = ( ) ( n, (5) y E P X E f E E de NK n n = Entonces, e espectro fotónico continuo, y c (En,Eγ) se obtiene con a siguiente expresión: (, ( ) (, y E E y E f E E c n = NK n n (7) a dtribución normaizada energética f(en,eγ) es dada en MF=5 bajo e mmo MT(2). Esta es: (4) γ (6) ( n ) f E, Eγ = Entonces, = y NK ( n, P A ( E ) n (8) Eγ max F E E deγ = (9) como es requerido en e formato ENDF-6. Para cacuar a transformación de os formatos de datos aquí descriptos, un programa computaciona fue escrito para ese fin. Ese programa reaiza os siguiente pasos:. ectura de os datos originaes y amacenamiento de todos os factores y constantes en un arrego ordenado conveniente para su rápida extracción; 2. obtención de a maa de energías neutrónicas desde os vaores de as P(En) tabuados para os cuatro ótopos, con una gria común; 3. reducción de número de puntos de energías neutrónicas, eiminando aqueas que difieren entre sí en menos de.2%; 4. cácuo de as componentes B y C y generación de a gria de energías fotónicas; 5. reducción de número de puntos de energías fotónicas, sumando os rendimientos de todos os fotones con energías que difieren entre sí en menos de 2%; 6. grabación en un archivo os datos finaes procesados en formato ENDF-6. Debido a as aproximaciones introducidas en os puntos 3. y 5., e rendimiento fotónico tota resutante no está exactamente computado. Esto produce una sobreestimación de rendimiento en agunos puntos de energías, como o detecta e código de chequeos de datos nuceares PSYCHE. Incuso con esas aproximaciones, e tiempo de ejecución de programa es de arededor de 3 horas (CPU) en una computadora mainframe IBM, debido a gran número de combinaciones incuidas en (4) que se deben cacuar. MF=4 dtribución anguar fotónica Los datos originaes (dtribución otrópica) fueron adoptados, con una única modificación ocaizada en e regtro HEAD, parámetro NK, que es e número de fotones dcretos incuyendo e continuo, igua a vaor dado en MF=2. MF=5 dtribución de energías fotónicas Se incuyeron os datos definidos en (8).

5 III. CHEQUEOS Varias modificaciones menores y chequeos fueron reaizados usando a siguiente cadena de códigos: LINEAR: para inearizar os datos de MF=3, o sea, para cambiar todos os códigos de interpoación a tipo in-in; FIXUP: para recacuar as sumas de as secciones eficaces desde sus parciaes; STANEF: para reescribir e archivo de datos en e formato compacto de números reaes; DICTION: para resecuenciar correctamente os regtros y construir un nuevo diccionario MT en MT=45; CHECKR: para reaizar chequeos de formato; FIZCON: para chequear a constencia de os datos; PSYCHE: para reaizar chequeos de a física contenida en os datos; NJOY: para reaizar e chequeo fina, enfatizando e cácuo de kerma con e móduo HEATR, que da un exceente chequeo de constencia entre as diferentes partes de a evauación. En a nueva versión de os datos, MF=2, MT=2 está compuesta de 2895 regtros e incuye 4 vaores de Eγ; a gria de En incuye 582 puntos. E tiempo de CPU para procesara con NJOY 9.8 en una estructura de grupos 72n 22g es de aproximadamente 3.5 minutos sobre un tota de tiempo de procesamiento de GROUPR de hora 23 minutos. Deficiencias conocidas. Se reconoce que as dtribuciones de energías secundarias de a reacción (n,2n) sobrestiman a energía de os neutrones emergentes, por o que deberían adoptarse vaores que den por resutado una mayor pérdida de energía. Nótese que este fenómeno no depende de a incusión de MT=7, ya que puede observarse también a energías por debajo de rango energético en e que se agregó a reacción (n,3n). Este efecto aumenta e kerma tota aproximadamente un % por encima de 2 MeV. Como ya se mencionó, debido a as aproximaciones numéricas introducidas en os cácuos, a producción fotónica desde MT=2 posibemente está igeramente sobrestimada. [] Mughabghab S. F., Divadeenam M. y Hoden, N.E. Neutron Cross Sections V.:Neutron Resonance Parameters and Therma Cross Sections, Part A:Z=-6, AP, 98 [2] MacFarane R. E., The NJOY Nucear Data Processing System, Version 9, 993 [3] Rose P. F. y Dunford C.L., editores, ENDF-2 - Data Formats and Procedures for the Evauated Nucear Data Fie ENDF-6, BNL-NCS-44945, 99 [4] Nikoaev M. y Zabrodskaja S., Comunicación privada a G.C.Panini (sin nombre), 994 ABSTRACT In the ast years zinc becoming an interesting materia widey used as component in nucear machines. In spite of th, data for preparing nucear data ibraries are not fuy avaiabe. At the present time the foowing evauations are avaiabe: CENDL-2: natura zinc with neutron diffusion data, no gamma-ray production,; JEF-2.2; one otope ony, Zn-64, incuding neutron diffusion data, without gammaray production; BROND-2.2: two groups of evauations: natura zinc with neutron diffusion data and gamma-ray production not in standard format, and singe otope evauation with neutron diffusion data and without gammaray production data. In order to produce group ibraries with a needed data, i.e. neutron diffusion and damage data incuding kerma and gamma-ray production, it necessary to re-evauate the eement (or a the otopes) The procedures and resuts of an evauation of th eement are described here. IV. CONCLUSIONES Se reaizó una evauación de eemento Zinc a partir de evauaciones parciaes de eemento y de os ótopos que o componen. E nuevo archivo de datos nuceares evauados cumpe con as prescripciones de formato ENDF-6, siendo a primera vez conocida que os datos de este eemento se presentan en ese fomato. Se desarroó una técnica y un programa de computación de conversión de formamo de incusión de os datos de rendimientos de producción fotónica, desde a opción no-estándar L=3 a a opción permitida en ENDF-6 L=. V. REFERENCIAS