Structural materials present in and around any fusion device will face stringent conditions due to the high-energy and high-flux neutrons emitted from the fusion plasma. These neutrons can cause induced radioactivity, gas production, energetic knock out atoms, atomic displacement and decay heat in these materials. This would have a significant life-limiting impact on the materials and would also cause biological hazards and radioactive waste. Hence designing low activation materials for fusion devices is warranted. This paper presents a novel tool for quantification of radiological responses in terms of the elements present in the initial material composition. Such a framework would help in the identification and optimization of the fraction of most dangerous elements/isotopes from the material composition. In practical scenarios, the material encounters a large spatial and temporal variation of neutron fluxes. This problem has been effectively treated in the present work using a multi-parameter optimization scheme. The scheme optimizes the material composition (elemental or isotopic) based on various nuclear responses and there spatial and temporal variations within the user-defined constraints. This scheme is further included in the multi-point activation code ACTYS-1-GO. The tool provides a comprehensive picture of the material response during neutron irradiation and after shutdown, enabling the assessment of structural integrity of components in a fusion device. As an aide to the material optimization process, this paper also introduces a visual representation of the evaluated information like quantification of radiological responses produced by the parent elements/isotopes in a material. This has been implemented through a series of spectrum independent and spectrum-dependent diagrams called the radiation response diagrams. These diagrams show the variation of contributing parents toward the radiological responses as a function of cooling time. Such a graph could be very useful as a first approximation for material design.
核融合装置の内部および周辺に存在する構造材料は、核融合プラズマから放出される高エネルギー・高フラックス中性子による過酷な条件に直面する。これらの中性子は、材料に誘導放射能、ガス生成、高エネルギーのはじき出し、原子変位、および崩壊熱を引き起こす可能性がある。これは材料の寿命に重大な影響を及ぼし、また生物学的危険性や放射性廃棄物の原因ともなる。したがって、核融合装置用の低放射化材料の設計が求められる。本論文は、初期材料組成に含まれる元素に基づいて放射線学的応答を定量化するための新しいツールを提示する。このような枠組みは、材料組成中の最も危険な元素・同位体の割合の特定と最適化に役立つ。実際のシナリオでは、材料は空間的・時間的に大きく変動する中性子フラックスに曝される。この問題は、本研究において多パラメータ最適化スキームを用いて効果的に処理されている。このスキームは、様々な核的応答とその空間的・時間的変動に基づいて、ユーザー定義の制約条件下で材料組成（元素または同位体レベル）を最適化する。このスキームはさらに、多点放射化計算コードACTYS-1-GOに組み込まれている。本ツールは、中性子照射中および照射停止後の材料の応答に関する包括的な全体像を提供し、核融合装置における構成部品の構造健全性の評価を可能にする。さらに、材料最適化プロセスの支援として、本論文では、材料中の親元素・同位体によって生成される放射線学的応答の定量化など、評価された情報の視覚的表現も紹介する。これは、放射線応答図と呼ばれる一連のスペクトル依存およびスペクトル非依存の図を通じて実装されている。これらの図は、冷却時間の関数としての放射線学的応答に対する各親元素の寄与の変化を示す。このようなグラフは、材料設計における第一次近似として非常に有用である。