Development of displacement damage calculation method in PHITS

PHITSにおけるはじき出し損傷計算手法の開発

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

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

発表者等が開発した放射線による「原子あたりのはじき出し数(DPA)」の計算手法を、加速器施設における超伝導システムの放射線損傷に関する国際ワークショップで紹介する。粒子・重イオン輸送計算コードPHITSへ新たに輸送荷電粒子のクーロン散乱からの寄与を含むように改良し、エネルギー範囲10MeVから数GeVにおいて、あらゆる粒子と物質に対してDPA値を導出することが可能となった。原子炉等の材料損傷評価で使用されるSRIMコードは、銅に対する100MeVを超える陽子・ヘリウムの照射において、核反応生成物によるDPA値を導出できないことを示唆した。欠陥生成効率をPHITSによる照射損傷計算手法に導入することで、20MeV以下の中性子及び陽子照射及び1.1, 1.94GeVの陽子照射に対する銅の照射損傷の実験値をよりよく再現することが可能となった。また、J-PARCのADSターゲット試験施設(TEF-T)のビーム窓及び照射試料に対する評価では、欠陥生成効率を考慮しないDPA値は、考慮した場合に比べて約2倍高いことがわかった。

Recently, we have developed a calculation method of the displacement cross-sections in the energy range from 10 MeV to 3 GeV, including event generator and Coulomb scattering in the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). Including the defect production efficiencies as a function of the damage energy, calculated results for low-energy neutron and proton irradiation on copper and 1.1 and 1.94 GeV protons on copper gave good agreements with experimental data. As a results of application of J-PARC ADS target test facility (TEF-T) at a beam window and a irradiation specimen, the contribution of protons to DPA values is higher than that of neutrons by a factor of about three.