Problems of lead nuclear data in fusion blanket design

核融合炉のブランケット設計に関する鉛の核データの問題点

近藤 恵太郎; 村田 勲*; Klix, A.*; Seidel, K.*; Freiesleben, H.*

Kondo, Keitaro; Murata, Isao*; Klix, A.*; Seidel, K.*; Freiesleben, H.*

EUなど幾つかのITER参加極は液体のトリチウム増殖材であるリチウム鉛を用いたテストブランケットモジュールを提案している。昨年、LiAl合金とPbからなるブランケット模擬体系の14MeV中性子照射実験をドイツのドレスデン工科大学で行った。NE213検出器を用いて測定した体系内中性子スペクトルとMCNPによる計算値の比較を行ったところ、評価済み核データライブラリJENDL-3.3を用いた計算値は10MeV以上の中性子束を30%程度、0.55MeVの中性子束を15%程度過小評価することが明らかとなった。一方、JEFF-3.1を用いた計算値はこれらのエネルギー領域での実験値との一致は良いが、510MeVの中性子束を20%程度過大評価した。今回、これらの不一致の原因を明らかにするため、鉛の評価済み核データの問題点について、詳細な検討を行った。その結果、JENDL-3.3では弾性散乱断面積が過小評価されており、本実験の解析で見られたような、高エネルギー中性子束の著しい過小評価をもたらすことがわかった。また、Pbの非弾性散乱については、JENDL-3.3が過去の二重微分断面積の測定値を最もよく再現したが、ほかの鉛同位体については、JENDL-3.3の非弾性散乱の評価値には何らかの問題があり、0.55MeVの中性子束の大きな過小評価の原因となることがわかった。JEFF-3.1が510MeVの中性子束を過大評価する原因は依然として明らかになっていない。

Several participants of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), such as Japan and EU, intend to introduce a Test Blanket Module (TBM) using a liquid lithium lead eutectic, which is used for the neutron multiplier and the tritium breeder. Recently a preliminary experiment in which a LiAlPb assembly was irradiated with 14 MeV neutrons was conducted at Technische Universitt Dresden. We found out that the neutron flux inside the assembly calculated with JENDL-3.3 underestimates an experimental value in the 10-16 MeV region by around 30% and that in the 0.5-5 MeV region by around 15%, while the calculated flux with JEFF-3.1 overestimates the measurement in the 5-10 MeV region by around 20%. In order to reveal a reason of the discrepancy, problems of the nuclear data libraries for lead were investigated. As a result, the following problems of the evaluated libraries were pointed out: The cross sections of the elastic scattering in JENDL-3.3 for lead isotopes are too small and cause a significant underestimation of the neutron flux above 10 MeV, which appeared in the analysis of the above experiment. Inelastic scattering data for Pb in JENDL-3.3 reproduce previous experimental double-differential cross section data most well. However, those for the other lead isotopes have some problems and cause a large underestimation of the neutron flux from 0.5 to 5 MeV. The reason of the overestimation in the energy region of 5-10 MeV with JEFF-3.1 is still unclear.