Evaluation of deuteron nuclear data on iron isotopes

鉄同位体に対する重陽子核データの評価

中山 梓介  

Nakayama, Shinsuke

実験炉以降の核融合炉においては、炉材料は大量の高エネルギー中性子束にさらされる。国際核融合材料照射施設IFMIFはこうした炉材料の健全性を評価するための加速器中性子源を用いた材料照射試験施設である。IFMIFでは、中性子は液体リチウムターゲットに40MeVの重陽子ビームを照射することで得る。IFMIFやその前段階に位置づけられる様々な施設における放射能発生量の評価や遮蔽設計には、主要な加速器構造材料である鉄の同位体に対する種々の重陽子誘起反応の核データ(Mn-54やCo-56, Co-57といった放射性核種の生成断面積および放出される中性子のエネルギー・角度分布)が必要になる。しかしながら、これまでに精度の良い鉄同位体に対する重陽子核データは存在しなかった。我々はこれまでに、中性子源設計用に軽核(Li-6,7, Be-9, C-12,13)に対する評価済み重陽子核データを整備し、JENDL/DEU-2020として公開した。また、上記のデータに、Al-27, Cu-63,65, Nb-93に対するデータを加えたものをJENDL-5の重陽子サブライブラリとして公開した。本研究では、新たに鉄の安定同位体(Fe-54,56,57,58)に対する重陽子核データを評価した。評価には、これまでと同じく、重陽子核反応用に特化した核反応計算コードDEURACSを使用した。その結果、今回の評価結果は、残留核生成断面積のみならず、中性子放出スペクトルもよく再現することが分かった。

In fusion reactors beyond the experimental reactor stage, reactor materials are exposed to a large flux of high-energy neutrons. The International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) is a material irradiation testing facility that utilizes an accelerator-based neutron source to assess the integrity of such reactor materials. In IFMIF, neutrons are generated by irradiating a liquid lithium target with a 40 MeV deuteron beam. For evaluating radioactivity production and designing radiation shielding in IFMIF and various precursor facilities, nuclear data on deuteron-induced reactions for iron, a primary structural material of accelerators, are required. These data include the production cross-sections of radioactive isotopes such as Mn-54, Co-56, and Co-57, as well as the energy and angular distributions of emitted neutrons. However, high-precision deuteron nuclear data for iron isotopes have not been available until now. We have previously evaluated and compiled deuteron nuclear data for light nuclei (Li-6,7, Be-9, C-12,13) for neutron source design and released them as JENDL/DEU-2020. Subsequently, we incorporated data for Al-27, Cu-63,65, and Nb-93 into the above data and published it as the deuteron sublibrary of the Japanese general-purpose nuclear reaction library JENDL-5. In this study, we evaluated deuteron nuclear data for the stable isotopes of iron (Fe-54,56,57,58). The evaluation was conducted using DEURACS, a nuclear reaction calculation code specifically designed for deuteron-induced ones, as in our previous work. As a result, the evaluated data successfully reproduced not only the residual nucleus production cross-sections but also the neutron emission spectra. In this presentation, we will provide an overview of the evaluation methodology and discuss the obtained results.