The neutronics performance of a tokamak has been identified as an important factor in designing a fusion power plant. The design of the tokamak should not only meet operational parameters such as sufficient tritium breeding, but also safety parameters such as low structural material activation. This paper investigates the impacts of the neutronics metrics for the ARC-class tokamak, a compact tokamak with an immersion blanket, by perturbing the first five layers of structural material—first wall, inner vacuum vessel, coolant salt channel, neutron multiplier, and outer vacuum vessel. The goal of this work is to provide insight into shaping and scaling the flux on each layer to obtain optimized operational and safety metrics through quantification of the responses from each perturbation. Results show that increased first wall thickness can increase the tritium breeding ratio (TBR) in specific configurations with high 6Li enrichments and that vacuum vessels decrease TBR for low-6Li enrichment configurations. It was also found that the neutron multiplier can either increase or decrease TBR depending on the configuration. The response of metrics to the change in layer thickness and enrichment also varies depending on the vacuum vessel material. The integral impacts of 6Li enrichment, layer thicknesses, and vacuum vessel material choice are investigated and presented in this paper.
トカマクの中性子工学性能は、核融合発電プラントの設計における重要な要素として認識されている。トカマクの設計は、十分なトリチウム増殖などの運転パラメータを満たすだけでなく、低い構造材料の放射化などの安全パラメータも満たすべきである。本論文では、浸漬ブランケットを備えたコンパクトトカマクであるARC級トカマクについて、構造材料の最初の5層—第一壁、内側真空容器、冷却塩チャネル、中性子増倍層、外側真空容器—を摂動させることにより、中性子工学指標への影響を調査する。本研究の目的は、各摂動からの応答を定量化することにより、各層におけるフラックスを形成・スケーリングして最適化された運転指標および安全指標を得るための知見を提供することである。結果は、第一壁厚の増加が、高い6Li濃縮度を有する特定の構成においてトリチウム増殖比（TBR）を増加させ得ること、および真空容器は低い6Li濃縮度の構成ではTBRを減少させることを示している。また、中性子増倍層は構成に応じてTBRを増加または減少させ得ることも見出された。層厚および濃縮度の変化に対する指標の応答は、真空容器材料によっても異なる。6Li濃縮度、層厚、および真空容器材料選択の統合的影響が調査され、本論文で提示される。