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様々な放射線環境下における最新の非熱的再結合補正モデルを考慮した材料のDPA計算

Calculations of dpa based on new athermal recombination correction model in various environments

岩元 洋介  ; 明午 伸一郎  ; 橋本 慎太郎 

Iwamoto, Yosuke; Meigo, Shinichiro; Hashimoto, Shintaro

放射線施設の構造材の照射損傷量の指標として、原子あたりのはじき出し数(dpa: displacement per atom)が用いられており、従来はNRTモデル(Norgett-Robinson-Torrens model)を用いて導出されてきた。一方、分子動力学計算で導出された格子間原子と空孔からなる欠陥における非熱的な再結合補正(arc: athermal recombination correction)を考慮したモデルが近年に報告された。本研究では、放射線挙動解析コードPHITSを活用し、NRT及びarcモデルにより、原子炉, 核融合炉及び加速器施設における中性子及び陽子照射によるアルミニウム, 鉄, 銅及びタングステンのdpaを計算した。この結果に基づいて、両モデルによるdpaの比(NRT-dpa/arc-dpa、スケーリング係数)を導出し、モデルの違いがdpa評価へ与える影響を解析した。中性子及び1及び50GeV陽子照射条件では、全材料における損傷エネルギーが約1keV以上であり、各材料の欠陥生成効率が概ね一定の値になるため、スケーリング係数は照射条件によらず概ね同じであった。また、これらの材料のスケーリング係数は1.5から6.0の範囲であり、従来のモデルによる評価値は新しいモデルによる結果を過大に評価することがわかった。

The displacement per atom (dpa) value defined by the conventional model (NRT) has been used as an index of radiation damage in materials. On the other hands, athermal recombination correction between interstitial atom and vacancy obtained by Molecular dynamics was reported by Nordlund et al. in 2018. In this study, we calculated the arc-dpa and NRT-dpa for nuclear reactor, fusion reactor and accelerator facilities using PHITS. As a result, the scaling factor (NRT-dpa/arc-dpa) of Al, Fe, Cu and W are almost same for neutrons and 1 and 50 GeV protons irradiation. These values ranges from 1.5 to 6.0 and the NRT-dpa is larger than arc-dpa for all cases.

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