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Calculation of athermal recombination corrected dpa cross sections for proton, deuteron and heavy-ion irradiations using the PHITS code

PHITSコードを用いた陽子,重陽子及び重イオン照射による材料の非熱的な欠陥の再結合補正を考慮したDPA断面積の計算

岩元 洋介  ; 明午 伸一郎  

Iwamoto, Yosuke; Meigo, Shinichiro

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSに実装されているモデルを用いて、核反応で生成する二次粒子を考慮し、広いエネルギー範囲の様々な放射線照射に対する材料のはじき出し断面積を計算できる。近年、Nordlundらにより、分子動力学計算により得られた非熱的な欠陥の再結合補正を考慮した原子あたりのはじき出し数(arc-dpa)を導出するモデルが提案された。このモデルは従来のPHITSによる計算では考慮されていなかったため、Nordlundらの欠陥生成効率と公開済の元素(Fe, Cu, Pt, W等)のパラメータを組み込み、はじき出し損傷計算手法の改良を行った。その結果、100MeV以上の陽子によるCu及びWについて、arc-dpa断面積は従来のモデルによる結果と比べて約3倍小さいことがわかった。本発表では、陽子、重陽子及び重イオン照射による様々な材料のarc-dpa断面積の計算結果について報告するとともに、従来のモデルによる結果と比較検証した結果に基づいて、欠陥の再結合補正効果の入射粒子や材料への依存性について議論する予定である。

PHITS including the NRT model can calculate displacement cross sections of materials for various particle irradiations in wide energy range. Recently, Nordlund et al. provided the athermal recombination corrected (arc) displacement per atom (dpa) function providing more physically realistic descriptions of primary defect creation in materials. Therefore, the arc-dpa will be used for efficient predictions of the usable lifetime of materials in various accelerator facilities. In this work, the arc-dpa function related with the defect production efficiency was implemented in the radiation damage model in PHITS. As a result, for the displacement cross sections of Cu and W under proton irradiations with energies above 100 MeV, the arc-dpa cross sections are smaller than the NRT-dpa cross sections by a factor of about 3. In this presentation, we will present the arc-dpa cross sections for proton, deuteron and heavy-ion irradiations in the energy region between 100 MeV/u and 3 GeV/u.

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