AbstractSeveral fundamental aspects of the activation of water by neutrons in D-T fusion systems have been investigated in this work. The basic physical principles involved and the status of pertinent nuclear cross-section and radioactivity data were reviewed. The integral response of the dominant 16O(n,p)16N reaction was calculated using several evaluated differential cross-section representations and characteristic D-T fusion neutron spectra. The impact of cross-section uncertainties was also assessed in this context. Two integral experiments were carried out at a D-T neutron generator facility to investigate the production and transport of 16N radioactivity in a D-T fusion neutron environment. Radioactivity yield data were acquired in one of these integral experiments (IE-1) and the measured results were compared with values obtained from calculations which employed both analytical and Monte-Carlo techniques. Measurements on the shielding of high-energy gamma rays from 16N decay by stainless steel (SS-304) and copper were performed in an additional integral experiment (IE-2) and these data were interpreted by a combination of analytical calculations and Monte-Carlo simulation. Some consequences of neutron-induced 16N radioactivity in the cooling water of a fusion reactor were examined for two contemporary conceptual designs of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). This analysis benefitted from insight acquired through the present integral studies. It was found that this radioactivity generating process would lead to significant biological doses outside the reactor containment vessel and could also deliver potentially damaging radiation doses to superconducting magnet insulators unless care is taken to provide adequate shielding when designing a fusion reactor.
本論文では、D-T核融合システムにおける中性子による水の放射化に関するいくつかの基本的側面を調査した。関与する基本的な物理原理と、関連する核断面積および放射能データの現状をレビューした。主要な16N(n,p)反応の積分応答を、いくつかの評価済み微分断面積と特徴的なD-T核融合中性子スペクトルを用いて計算した。また、この文脈における断面積の不確かさの影響も評価した。D-T核融合中性子環境における16N放射能の生成と輸送を調査するため、D-T中性子発生装置を用いて2つの積分実験を実施した。これらの積分実験の1つ（IE-1）では放射能収率データを取得し、測定結果を解析的およびモンテカルロ手法の両方を用いた計算から得られた値と比較した。もう1つの積分実験（IE-2）では、ステンレス鋼（SS-304）および銅による16N崩壊からの高エネルギーガンマ線の遮蔽に関する測定を実施し、これらのデータを解析的計算とモンテカルロシミュレーションの組み合わせによって解釈した。国際熱核融合実験炉（ITER）の2つの現代的概念設計について、核融合炉の冷却水中における中性子誘起16N放射能のいくつかの影響を検討した。この分析は、本積分研究から得られた知見の恩恵を受けた。この放射能生成プロセスは、炉容器外で有意な生物学的線量をもたらし、また、核融合炉を設計する際に十分な遮蔽を提供するよう注意を払わない限り、超伝導磁石絶縁体に潜在的に損傷を与える放射線量を生じ得ることが判明した。