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Comparative study of Monte Carlo particle transport code PHITS and nuclear data processing code NJOY for recoil cross section spectra under neutron irradiation

中性子照射による反跳断面積スペクトルに関するモンテカルロ粒子輸送計算コードPHITSと核データ処理コードNJOYの比較研究

岩元 洋介; 小川 達彦

Iwamoto, Yosuke; Ogawa, Tatsuhiko

中性子照射による一次はじき出し原子(PKA)が金属中に欠陥を生成するため、PKAスペクトル計算の妥当性を検証することは放射線損傷の評価において重要である。本研究では、評価済核データライブラリーTENDL2015、ENDF/B-VII.1等と粒子・重イオン輸送計算コードPHITSのイベントジェネレータモード及び核データ処理コードNJOYとを組み合わせて、原子炉で使用される代表的な材料のPKAスペクトルを計算し、計算値の相互比較を行った。また、PKAスペクトルの積分値である熱値をPHITSを用いて計算し、核データライブラリーのACEファイルに格納されている値と比較した。その結果、全ての核種に対して、TENDL2015とPHITS及びNJOYを組み合わせて得られたPKAスペクトルの差は小さくなった。また、ENDF/B-VII.1の$$^{72}$$Ge, $$^{75}$$As, $$^{89}$$Y及び$$^{109}$$Agにおける反跳核のエネルギーと角度分布が正しくない、TENDL2015のACEファイルに格納されている熱値は、中性子捕獲反応の$$gamma$$線データが正しくないため、本反応が起こるエネルギー領域で問題があること等が確認された。一方、PHITS+TENDL2015は全ての核種に対してPKAスペクトルや熱値を正しく計算できることがわかった。

It is important to validate the calculations of PKA spectra that are used to estimate radiation damage in materials. Here, the PKA spectra of fission-relevant materials were calculated using the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) and also using the data processing code NJOY with the nuclear data libraries. The heating number, which is the integral of the PKA spectrum, was also calculated using PHITS and compared with data extracted from the data libralies. From analyzing the PKA spectra, we found that the energy and angular recoil distributions were incorrect for $$^{72}$$Ge, $$^{75}$$As, $$^{89}$$Y, and $$^{109}$$Ag in the ENDF/B-VII.1 library. From analyzing the heating number, we found that the data extracted from the ACE file of TENDL2015 for all elements were problematic in the neutron capture region. However, PHITS+TENDL2015 can calculate PKA spectra and heating numbers correctly.

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