Displacement damage calculations in PHITS for copper irradiated with charged particles and neutrons

PHITSを用いた荷電粒子及び中性子照射による銅のはじき出し損傷計算

岩元 洋介   ; 仁井田 浩二*; 沢井 友次; Ronningen, R. M.*; Baumann, T.*

Iwamoto, Yosuke; Niita, Koji*; Sawai, Tomotsugu; Ronningen, R. M.*; Baumann, T.*

"原子あたりのはじき出し数(DPA)"の関数で評価される放射線損傷は、原子炉,核融合炉施設及び大強度ビーム加速器施設等に関して重要な課題の一つである。本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、DPA値を正確に計算するために、原子核弾性散乱や核反応から生成する二次荷電粒子のクーロン散乱からの寄与を含むように拡張した。その結果、陽子及びヘリウムのエネルギーが20MeVを超える領域では、核反応により発生する荷電粒子の照射損傷に対する影響が大きくなることを明らかにした。さらに、中性子に対するDPA値については、熱領域からGeV領域の10桁に渡るエネルギー範囲で評価が可能となった。本成果により、PHITSコードを用いたさまざまな粒子に対する照射損傷の評価精度を格段に向上させた。

Recently, the radiation damage model in PHITS has been developed using the screened Coulomb scattering to evaluate the energy of the target PKA (Primary Knock on Atom) created by the projectile and the "secondary particles" which include all particles created from the sequential nuclear reactions. For the high-energy proton and He incident reactions, a target PKA created by the "secondary particles" was more dominant than a target PKA created by the projectile in DPA calculations. Thus improved PHITS is applicable to evaluate the displacement cross sections for the various particles and over a wide energy range and to calculate DPA values determined by different particles and fluxes in an irradiation environment. In the meeting, we will also present DPA values and energy spectra for secondary particles created by neutrons in the energy ranges from thermal to around 1 GeV.