Lithuanian Journal of Physics article / Lietuvos fizikos žurnalo straipsnis

ACTIVATION OF HIGH FLUX TEST MODULE SAMPLE HOLDER AFTER IFMIF-DONES OPERATION
Simona Breidokaitė, Gediminas Stankūnas, and Andrius Tidikas
Laboratory of Nuclear Installation Safety, Lithuanian Energy Institute, Breslaujos 3, 44403 Kaunas, Lithuania
Email: simona.breidokaite@lei.lt

Received 14 October 2019; revised 25 October 2019; accepted 31 October 2019

Nuclear safety assessment in nuclear fusion devices relies on the Monte Carlo method based neutron transport calculations. This paper presents information about the calculation results of the activities and dose rates caused by neuron irradiation for the structural materials of the high flux test module sample holder of IFMIF-DONES. The neutron induced activities and dose rates at shutdown were calculated by means of the FISPACT-2010 code with data from the EAF-2010 nuclear data library. Neutron fluxes and spectra were obtained with MCNP neutron transport calculations. The activities and dose rates were calculated at the end of irradiation of the assumed device operation scenario for cooling times of 0 s – 1000 year. In addition, radionuclides with contribution of at least 0.5% to the total value of activation characteristics at the previously mentioned cooling times were identified. After the operation, the most active radionuclide is ⁵⁵Fe, with an activity share ranging from 30% (M200) to 63% (M8), and at the end of the prediction it accounts for 86% of the total activity. The highest dose rates at the end of irradiation are attributed to ⁵⁶Mn radionuclide. ⁵⁴Mn and ⁶⁰Co are the most dominant radionuclides during intermediate and long cool-down periods.

Keywords: IFMIF-DONES, fusion, neutron irradiation, MCNP, FISPACT

DIDELIO NEUTRONŲ SRAUTO TESTAVIMO MODULIO BANDINIŲ LAIKIKLIO AKTYVUMAS PO IFMIF-DONES EKSPLOATACIJOS
Simona Breidokaitė, Gediminas Stankūnas, Andrius Tidikas

Lietuvos energetikos institutas, Kaunas, Lietuva

Vertinant branduolių sintezės prietaisų saugumą yra atliekami neutronų pernašos lygties skaičiavimai. Dalis jų pagrįsti Monte Karlo metodu. Straipsnyje pateikiami aktyvumų ir dozės galių skaičiavimų rezultatai, kuriuos lemia neutronų apšvita IFMIF-DONES didelio neutronų srauto testavimo modulio bandinių laikiklio struktūrinėse medžiagose. Bandinių laikiklį sudaro 14 medžiagų (11-oje iš jų pagrindinis elementas yra geležis): SS316L (N), EUROFER 97, M40 (EUROFER 97 | AISI 321 | MgO | NiCr 80/20 | INNOBRAZE ML 442), M200 (Silica Aerogel, Si (OCH3)4), M8 (Fe, Cr, W, Mn ir kiti elementai). Neutronų sukelti aktyvumai ir dozės galios įrenginio eksploatavimo metu buvo apskaičiuoti pritaikius FISPACT-2010 kodą su EAF-2010 branduolinių duomenų biblioteka. Neutronų spektras buvo gautas naudojant MCNP kodą neutronų pernašos lygties skaičiavimams. Aktyvumai ir dozės galios buvo apskaičiuotos aušimo laikams nuo 0 s iki 1000 metų. Taip pat buvo nustatyti radionuklidai, turintys mažiausia 0,5 % bendro aktyvumo vertės anksčiau minėtais aušimo laikais. Stebėjimo pradžioje geležies tipo medžiagose aktyviausias radionuklidas buvo ⁵⁵Fe, kurio aktyvumo dalis medžiagose svyruoja nuo 30 % (M200) iki 63 % (M8), o stebėjimo pabaigoje sudaro 86 % bendro aktyvumo. Didžiausia dozės galia pasižymi radionuklidas ⁵⁶Mn, o ilgesniais aušimo laiko periodais – ⁵⁴Mn ir ⁶⁰Co.

References / Nuorodos

[1] K. Tokimatsu, H. Hondo, Y. Ogawa, K. Okano, K. Yamaji, and M. Katsurai, Energy analysis and carbon dioxide emission of Tokamak fusion power reactors, Fusion Eng. Des. 48(3–4), 483–498 (2000),
https://doi.org/10.1016/S0920-3796(00)00157-5
[2] L.J. Qiu, Fusion Energy and Its Application (Science Press, Beijing, 2008) [in Chinese]
[3] L.W. Dunn and J.K. Shultis, Exploring Monte Carlo Methods (Elsevier Science, 2011),
https://doi.org/10.1016/B978-0-444-51575-9.00007-5
[4] Yican Wu, Fusion Neutronics (Springer Singapore, 2017),
https://doi.org/10.1007/978-981-10-5469-3
[5] Y.C. Wu, E. Stevens, K. Kim, D. Maisonnier, A. Kalashnikov, K. Tobita, D. Jackson, C. Alejaldre, D. Perrault, D. Panayotov, et al., Summary of the 1st International Workshop on Environmental, Safety and Economic Aspects of Fusion Power, Nucl. Fusion 56(12), 127001 (2016),
https://doi.org/10.1088/0029-5515/56/12/127001
[6] A. Ibarra and H. Dzitko, Overview of IFMIF-DONES and Testing of Materials for DEMO, in: Town Meeting on IFMIF/ELAMAT Complementary Scientific Program, April 14–15, 2016, Rzeszów University of Technology, Poland
https://elamatscience.ifj.edu.pl/abstracts/Ibarra_abs.pdf,
https://elamatscience.ifj.edu.pl/slides/Ibarra_slides.pdf
[7] K. Tian, B. Ahedo, F. Arbeiter, G. Barrera, Ł. Ciupiński, T. Dézsi, J. Horne, D. Kovács, J. Molla, F. Mota, et al., Overview of the current status of IFMIF-DONES test cell biological shielding design, Fusion Eng. Des. 136(A), 628–632 (2018),
https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.03.043
[8] Q. Yuefeng, F. Arbeiter, U. Fischer, and F. Schwab, IFMIF-DONES HFTM neutronics modeling and nuclear response analyses, Nucl. Mater. Energy 15, 185–189 (2018),
https://doi.org/10.1016/j.nme.2018.04.009
[9] A. Ibarra, F. Arbeiter, D. Bernardi, M. Capelli, A. Garcia, R. Heidinger, W. Krolas, U. Fischer, F. Martin-Fuertes, G. Micciché, et al., THe IFMIF-DONES project: preliminary engineering design, Nucl. Fusion 58(10), 105002 (2018),
https://doi.org/10.1088/1741-4326/aad91f
[10] X-5 Monte Carlo Team, MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5 (2003),
https://mcnp.lanl.gov/mcnp5.shtml
[11] R.A. Forrest, The FISPACT-2007 User Manual (Culham Science Centre, 2007),
[PDF]
[12] The JEFF-3.1 Nuclear Data Library, eds. A. Koning, R. Forrest, M. Kellett, R. Mills, H. Henriksson, and Y. Rugam, JEFF Report 21 (OECD/NEA, Paris, 2006),
[PDF]
[13] L.W. Packer and J.-Ch. Sublet, The European Activation File: EAF-2010 decay data library (Culham Science Centre, Oxfordshire, 2010),
[PDF]