粒子・重イオン輸送計算コードPHITSと核データを用いた照射損傷量の計算と検証実験

Calculation of radiation damage using PHITS and nuclear data and verification experiments

岩元 洋介   

Iwamoto, Yosuke

原子炉、核融合及び加速器施設の構造材の照射損傷量の指標として、NRTモデル(Norgett, Robinson, Torrens model)で導出される原子あたりの弾き出し数(dpa: displacement per atom)が用いられる。一方、2018年にNordlundらから、分子動力学計算により導出された格子間原子と空孔からなる欠陥の非熱的な再結合補正(arc: athermal recombination correction)の研究成果が報告された。そこで著者らは、あらゆる放射線施設の材料の照射損傷量評価(NRT-dpaとarc-dpa)を可能にするため、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSと核データライブラリJENDLを用いた、広いエネルギー範囲(eVTeV)の中性子、陽子、重イオン照射に対応する材料の照射損傷計算手法を開発した。また、計算手法の検証のため、極低温の照射装置を開発し、陽子照射に対するdpaに関連する弾き出し損傷断面積の測定を実施した。本成果について、2023年度日本原子力学会核データ部会と材料部会の合同企画セッションにおいて発表を行った。本レポートは発表内容について紹介を行う。

The number of displacements per atom (dpa) derived from the NRT model is used as an index of irradiation damage in structural materials of nuclear facilities. On the other hand, in 2018, Nordlund reported the results of a non-thermal recombination correction (arc) of defects derived by molecular dynamics calculations. In order to enable irradiation damage estimation (NRT-dpa and arc-dpa) of materials, we have developed a method to evaluate the irradiation damage of materials over a wide energy range using the PHITS and the nuclear data library. In order to validate the calculation method, a cryogenic irradiation apparatus was developed, and measurements of the displacement damage cross sections related to dpa for proton irradiation were performed. This report presents a presentation report at the joint session of the Nuclear Data Division and the Materials Division of the Atomic Energy Society of Japan.