分子動力学シミュレーションに基づく軽水及び重水に対する熱中性子散乱の理論研究

Theoretical study of thermal neutron scattering by light and heavy water with molecular dynamics simulation

市原 晃 ; 安部 豊*

Ichihara, Akira; Abe, Yutaka*

原子炉の減速材として、軽水及び重水が使用されている。これらに対する熱中性子散乱の信頼できるデータは、炉心解析にとって重要である。本研究では、軽水及び重水中で散乱される中性子の角度分布とエネルギースペクトルを、分子動力学シミュレーションから得られる情報を利用して理論計算することを試みた。軽水及び重水に対して分子動力学シミュレーションを実施し、統計力学の揺動散逸定理に基づき、シミュレーションで得た水素,重水素及び酸素原子のトラジェクトリーデータを使って、散乱データを計算した。計算において、軽水では非コヒーレント散乱、重水ではコヒーレント散乱と非コヒーレント散乱の両者の寄与を考慮した。

Light and heavy water are being used as moderators in fission reactors. Reliable data of thermal neutron scattering in these materials is essential to the analysis of reactor cores. In this study we tried to evaluate angular distribution and energy spectrum of emitted neutrons employing the information obtained from molecular dynamics simulations. The simulations have been performed for light and heavy water. The thermal neutron scattering has been evaluated by using the fluctuation-dissipation theorem of statistical mechanics, where the trajectory data for hydrogen, deuterium and oxygen atoms were utilized. In calculation, incoherent scattering was assumed to be dominant in light water, while both the coherent and incoherent scattering contributions were considered in heavy water.