Current status and issues of evaluation of thermal neutron scattering law for nuclear reactor moderators

原子炉用減速材の熱中性子散乱則評価の現状と課題

中山 梓介  

Nakayama, Shinsuke

日本の評価済み核データライブラリJENDLの開発における、熱中性子散乱則(TSL)の評価の現状や課題について紹介および議論する。熱中性子炉においては減速材のTSLが炉心計算に大きな影響を及ぼす。JENDLシリーズでは、最新版のJENDL-5にて初めて熱中性子散乱則(TSL)の独自評価が行われた。その中では、代表的な減速材である水や、中性子源において減速材として使用されるメタン等の含水素有機化合物について、分子動力学計算を基に評価が行われた。しかし、結晶性物質については、ENDF/B-VIII.0からデータを取得していた。高温ガス炉や溶融塩炉における黒鉛や、小型炉における水素化カルシウム(CaH)など、結晶性物質は熱中性子炉での減速材に使われることも多い。こうした状況の下、JENDLのTSLデータの充実を目指し、結晶性物質のTSLの評価手法の確立に着手した。その結果、第一原理計算に基づいた評価手法を用いることで、黒鉛やCaHについて、J-PARCでの中性子散乱の実験値を良く再現する結果が得られた。また、JENDL-5で新規評価された軽水のTSLについても、更なる改良が進行中である。原子炉運転時のような高温・高圧状態における信頼性を高めるため、温度変化に対する予測性が高いと考えられる、第一原理計算に基づくポテンシャルを使用した分子動力学計算からTSLを評価する手法を開発している。本手法を用いた軽水のTSL評価の進捗状況についても述べる。

This talk will introduce and discuss the current status and issues of the evaluation of thermal scattering laws (TSL) in the development of the Japanese Evaluated Nuclear Data Library, JENDL. In thermal neutron reactors, the TSL of the moderator has a significant impact on core calculations. In the JENDL series, the latest version, JENDL-5, is the first to include an original evaluation of TSL. In this evaluation, the TSL of water, a typical moderator, and hydrogen-containing organic compounds such as methane, which is used as a moderator in neutron sources, were evaluated based on molecular dynamics calculations. However, data for crystalline materials was obtained from the ENDF/B-VIII.0 library. Crystalline materials are often used as moderators in thermal neutron reactors. Such examples are graphite in high-temperature gas-cooled reactors and molten salt reactors, and calcium hydride (CaH) in small reactors. Under these circumstances, we have started to establish a method for evaluating the TSL of crystalline materials with the aim of enhancing the TSL data in JENDL. As a result, we have obtained results that reproduce the experimental values of neutron scattering at J-PARC well for graphite and CaH by using an evaluation method based on first-principles calculations. In addition, further improvements are underway for the TSL of light water. In order to improve reliability under high-temperature and high-pressure conditions such as reactor operation conditions, we are developing a method for evaluating TSL using molecular dynamics calculations with potentials based on first-principles calculations, which are considered to have high predictability for changes in temperature and pressure. We will also discuss the progress of evaluating TSL for light water using this method.