ข้อมูลนิวเคลียร์ (Nuclear Data)

รพพน พิชา
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

สสารทุกอย่างประกอบไปด้วยอะตอม นิวเคลียสคือใจกลางอะตอม มีความหนาแน่นสูง ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นกระบวนการที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียส ซึ่งมีปฏิกิริยาได้หลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งที่มาทำปฏิกิริยากัน เช่น รังสีนิวตรอน กับ นิวเคลียสของยูเรเนียม หรือรังสีแอลฟากับนิวเคลียสของเบริลเลียม และระดับพลังงานของอนุภาคเหล่านี้ เมื่อการทดลองใด ๆ ได้ทำการเก็บข้อมูล มีการตีพิมพ์ในวารสารหรือรายงานต่าง ๆ แล้ว ข้อมูลเหล่านี้ก็จะสามารถถูกรวบรวมไว้ด้วยกัน ไว้ใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับงานวิจัยเชิงนิวเคลียร์อื่น ๆ ในอนาคตได้ การเก็บข้อมูลนี้เป็นสิ่งสำคัญกับวิทยาศาสตร์ทุกแขนง วิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ก็เช่นเดียวกัน
 
  รูปที่ 1: ไม่เพียงแค่ประเทศที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เท่านั้นที่ต้องการข้อมูลนิวเคลียร์ ประเทศที่มีการใช้รังสีในรูปแบบใด ๆ ก็มีความต้องการข้อมูลนิวเคลียร์ที่ถูกต้อง

ยกตัวอย่าง เมื่อนักวิจัยต้องการคำนวณเพื่อออกแบบการจัดเรียงเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือสร้างวัสดุกำบังรังสีเพื่อใช้ในโรงพยาบาล สิ่งที่สำคัญ คือค่าโอกาส หรือภาคตัดขวางในการทำปฏิกิริยา (cross section) ของคู่รังสี-วัตถุ ว่าที่พลังงานเท่านี้ มีโอกาสที่นิวตรอนจะถูกดูดกลืนเท่าใด หรือรังสีแกมมาจะถูกลดทอนลงกี่เปอร์เซนต์ เป็นต้น นอกจากนี้ข้อมูลเกี่ยวกับการสลายกัมมันตรังสีของไอโซโทปรังสี และพลังงานที่ส่งออกมาของรังสีประเภทต่าง ๆ ก็เป็นสิ่งที่สำคัญไม่แพ้กัน ซึ่งสิ่งเหล่านี้ นักวิจัยต้องพึ่งข้อมูลที่นักวิจัยรุ่นก่อน หรือกลุ่มอื่นได้ทำเอาไว้

องค์การหลักที่ทำหน้าที่รวบรวมข้อมูลนิวเคลียร์ คือ ฝ่ายข้อมูลนิวเคลียร์ (Nuclear Data Section) ของ ทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency, IAEA) โดยมีผู้ร่วมมือ เช่น National Nuclear Data Center ที่ Brookhaven National Lab (BNL) ประเทศสหรัฐอเมริกา Nuclear Energy Agency (NEA) ของ OECD ที่ตั้งอยู่ที่ประเทศฝรั่งเศส และ Russian Nuclear Data Center (Center Jadernykh Dannykh-CJD) ที่ประเทศรัสเซีย ซึ่งหน่วยงานเหล่านี้ เป็นกำลังสำคัญในการผลักดันในข้อมูลทางนิวเคลียร์ มีการเก็บรวบรวมไว้อย่างเป็นระเบียบ มีมาตรฐาน และ ค้นคว้าได้สะดวก โดยข้อมูลเหล่านี้นักวิจัยสามารถเข้าค้นหาได้โดยไม่มีค่าใช้จ่าย แต่ซอฟต์แวร์และ computer codes บางตัวจะมีลิขสิทธิ์ที่ต้องจัดซื้อก่อนที่จะใช้ได้

 
 
 
รูปที่ 2: องค์กรนานาชาติที่ทำงานรวบรวมข้อมูลนิวเคลียร์

ตัวอย่างข้อมูลที่ได้รับความสนใจสูงในโลกปัจจุับัน คือโอกาสการเกิดฟิชชันโดยใช้นิวตรอนเหนี่ยวนำตลอดช่วงพลังงานของนิวตรอน ซึ่งข้อมูลนิวเคลียร์ด้านนี้ จะมีประโยชน์ต่อการประเมินภาวะวิกฤต (criticality) และการคำนวณความปลอดภัยสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั้งรุ่นใหม่และเก่า หรือข้อมูลเกี่ยวกับการผลิตต้นกำเนิดรังสีทางการแพทย์ชนิดใหม่ ๆ เพื่อเพิ่มตัวเลือก

ตัวอย่างฐานข้อมูลที่สำคัญสูง (ใช้อย่างกว้างขวาง) ได้แก่ EXFOR (Experimental Nuclear Reaction Data) ซึ่งเก็บข้อมูลการทดลองทางนิวเคลียร์ต่าง ๆ โดยปกติแล้ว ฐานข้อมูลนี้มีการปรับปรุงให้ทันสมัยทุก ๆ เดือน และ ENDF (Evaluated Nuclear Data File) ซึ่งรวบรวมข้อมูล cross section ต่าง ๆ ที่ถูกประเมิน ปริมาณผลผลิตฟิชชัน การแผ่กระจายเชิงมุม โดยเน้นปฏิกิริยาที่ถูกนำพาโดยนิวตรอน โดยข้อมูลใน Evaluated Library นี้ จะนำมาจากการวิเคราะห์แต่ละแหล่งข้อมูล และหาค่าเฉลี่ย รวมถึงนำแบบจำลองทางนิวเคลียร์มาเสริมในการคำนวณ เพื่อให้มีข้อมูลที่ครอบคลุม โดยข้อมูลทั้งทางการทดลองและทฤษฎีต่าง ๆ ที่ถูกนำมารวบรวมนี้ นำมาจากวารสารทางวิทยาศาสตร์ทั้งเก่าและใหม่ โดยทั้งรูปแบบที่เป็นอิเล็กทรอนิกส์ (electronic) และเอกสาร (paper)

 
  รูปที่ 3: ตัวอย่าง cross section plot เปรียบเทียบค่าที่ได้จากการทดลอง (วงกลม) พร้อมค่า error bars กับค่าที่ได้จากการคำนวณจากแบบจำลองต่าง ๆ
 

REFERENCE (J,NSE,143,(1),86,200301) (J,CNDP,27,1,200206) Same contents
AUTHOR (GUOHUI ZHANG,GUOYOU TANG,JINXIANG CHEN,ZHAOMIN SHI, ZEMIN CHEN,YU.M.GLEDENOV,M.SEDYSHEVA,G.KHUUKENKHUU)
TITLE Differential cross section measurement for the Li-6(n,t)He-4 reaction
FACILITY (VDG,3CPRBJG) 4.5 MV Van de Graaff at Beijing University.
INC-SOURCE (P-T)
SAMPLE Material LiF with Li-6 abundance of 91.24% was evaporated on tungsten backing. The area and thickness of sample were 15.90 cm2 and 0.2283 mg/cm2.
ตัวอย่างหัวเรื่อง (header) ของ ข้อมูล EXFOR ซึ่งจะบอกรายละเอียด แหล่งข้อมูล (วารสาร ผู้ทดลอง ประเทศ ชื่อศูนย์ปฏิบัติการ) วัสดุและวิธีการที่ใช้วัด

Evaluated Nuclear Data File ซึ่งเป็นรูปแบบมาตรฐานของการประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีนิวเคลียร์ ประกอบด้วยส่วนหลัก ๆ คือ ชนิดของวัสดุ ประเภทของข้อมูล (เช่น การกระจายของพลังงาน การกระจายของมุม) และ ประเภทและค่าของ cross section (สามารถแบ่งย่อยได้อีกเป็นปฏิกิริยาการกระเจิง ปฏิกิริยาจับยึดแล้วปล่อยรังสีแกมมา เป็นต้น)

เอกสารที่ฝ่ายข้อมูลนิวเคลียร์รวบรวม นอกจากจะเป็นข้อมูลเกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์แล้ว ก็ยังมี เอกสารที่มีความสำคัญอื่น ๆ ซึ่งอยู่ในสามรูปแบบ เอกสารทางเทคนิค (technical documents) รายงานของฝ่ายข้อมูลนิวเคลียร์ (Nuclear Data Section reports) และรายงานที่มาจากคณะกรรมการข้อมูลนิวเคลียร์นานาชาติ (INDC reports) โดยคณะ INDC นี้มีหน้าที่ให้คำแนะนำกับฝ่ายข้อมูลนิวเคลียร์ เพื่อให้การจัดทำฐานข้อมูลมีประสิทธิภาพสูงขึ้น และแจ้งความต้องการของประเทศต่าง ๆ แจงตามลำดับความสำคัญ (priority) เพื่อให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ยิ่งขึ้น คณะกรรมการนี้จะประกอบไปด้วยผู้แทนจากประเทศต่าง ๆ ราว 20 ประเทศ โดยส่วนใหญ่จะเป็นประเทศกลุ่ม OECD ซึ่งมีการใช้งานนิวเคลียร์ในปริมาณที่สูง (ทั้งการเก็บข้อมูล และการใช้ข้อมุล) เช่น ประเทศสหรัฐอเมริกา เยอรมนี ฝรั่งเศส รัสเซีย ญี่ปุ่น โดยไทยนับเป็นหนึ่งในสมาชิกกลุ่มประเทศ Southeast Asia ซึ่งมีตัวแทน 1 คน ผลัดเวียนไปคราวละประเทศ

การรวบรวมข้อมูล (compilation) จะทำผ่านการประสานงานระหว่างฝ่ายข้อมูลนิวเคลียร์ กับศูนย์ข้อมูลปฏิกิริยานิวเคลียร์ (Nuclear Reaction Data Centres, NRDC) และศูนย์ข้อมูลโครงสร้างนิวเคลียร์ (Nuclear Structure and Decay Data Centres, NSDD) ที่มีตั้งอยู่ในประเทศต่าง ๆ โดยจะมีการจัดประชุมทุกปี

กิจกรรมที่เกี่ยวกับการพัฒนาฐานข้อมูลนิวเคลียร์มีอยู่อย่างต่อเนื่อง โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือสร้างฐานข้อมูลใหม่ ๆ เพื่อการประยุกต์ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนิวเคลียร์แขนงต่าง ๆ ทั้งเชิงพลังงานและไม่เกี่ยวกับพลังงาน นอกจากนี้ ยังมีการมุ่งเน้นในการปรับปรุงฐานข้อมูลเก่าให้มีความทันสมัยอยู่เสมอ รวมถึงการสร้างซอฟต์แวร์เพื่อให้นำข้อมูลมาใช้ได้สะดวก และสร้างคู่มือการใช้งานที่จำเป็น

เมื่อสังคมวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์มีความต้องการที่เจาะจงเกี่ยวกับข้อมูลนิวเคลียร์ใด ๆ ทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศก็สามารถจัดตั้ง โครงการวิจัยที่เรียกว่า Coordinated Research Projects (CRP) ขึ้นมา เพื่อส่งเสริมนักวิจัยจากนานาชาติให้มาทำการวิจัยเพื่อให้ได้ข้อมูลที่ต้องการนั้นขึ้นมา โดยโครงการเหล่านี้ครอบคลุมได้หลายด้าน ตั้งแต่การผลิตไอโซโทปทางการแพทย์ การแปรสภาพธาตุแอกทิไนด์รอง (minor actinides) จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ไปจนถึงการสร้างแบบจำลองของพลาสมา จึงกล่าวได้ว่าข้อมูลนิวเคลียร์เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาทางนิวเคลียร์ต่อไป

แหล่งข้อมูล:

  1. International Atomic Energy Agency
  2. Nuclear Energy Agency
  3. Russian Nuclear Data Center
  4. National Nuclear Data Center