Quantification of irradiation damage is a key challenge for fusion energy deployment. This study presents an irradiation damage modeling campaign using the Monte Carlo-based PHITS (Particle and Heavy Ion Transport code System) code to evaluate candidate plasma-facing materials under deuterium–deuterium (D–D) and deuterium–tritium (D–T) fusion conditions. Within a broader phased-approach to commercial reactor development, the analysis focuses on an assessment of a currently installed laser fusion test chamber driven by a low-power direct-drive central-ignition laser system. The objectives are to (1) compare a conventional dry-wall architecture against a wetted first wall architecture incorporating a 3 mm flowing lead–lithium (PbLi) layer and (2) to quantify activation product generation. Neutron spectra, spatial energy deposition, displacement-per-atom (DPA), and activation profiles were computed for Reduced Activation Ferritic-Martensitic steel (F82H), stainless steel 316 L, tungsten, and ODS FeCrAl using PHITS tallies. Results show that the PbLi layer absorbs over 30× more energy and reduces surface DPA in the underlying solid substrate by up to three orders of magnitude. Activation analysis indicates fewer gamma-emitting isotopes and tritium-dominated activity in the wetted configuration compared to the dry wall. These results confirm the irradiation-mitigation benefits of thin liquid–metal wetted walls and provide guidance for first-wall design in small-scale fusion test reactors.
照射損傷の定量化は、核融合エネルギーの展開にとって重要な課題である。本研究では、モンテカルロ法に基づくPHITS（Particle and Heavy Ion Transport code System）コードを用いた照射損傷モデリングキャンペーンを提示し、重水素–重水素（D–D）および重水素–トリチウム（D–T）核融合条件下での候補プラズマ対向材料を評価する。商業炉開発へのより広範な段階的アプローチの中で、本分析は、低出力直接駆動中心点火レーザーシステムによって駆動される現在設置されているレーザー核融合試験チャンバーの評価に焦点を当てる。目的は、(1) 3 mmの流動する鉛–リチウム（PbLi）層を組み込んだ湿潤第一壁構造と従来の乾式壁構造を比較すること、および(2) 放射化生成物の生成を定量化することである。中性子スペクトル、空間エネルギー付与、原子あたりのはじき出し（DPA）、および放射化プロファイルは、PHITSタリーを用いて、低放射化フェライト・マルテンサイト鋼（F82H）、ステンレス鋼316L、タングステン、およびODS FeCrAlについて計算された。結果は、PbLi層が30倍以上のエネルギーを吸収し、下にある固体基板の表面DPAを最大3桁減少させることを示している。放射化分析は、乾式壁と比較して湿潤構成ではガンマ線放出同位体が少なく、トリチウムが支配的な放射能を示すことを示している。これらの結果は、薄い液体金属湿潤壁の照射緩和効果を確認し、小規模核融合試験炉における第一壁設計の指針を提供する。