AbstractA large number of solid breeder materials have been proposed for fusion blankets. A study was performed to quantitatively compare the effect of solid breeder (SB) material choice on blanket attractiveness and to recommend priorities for focusing the solid breeder experiments. This paper summarizes the results of the extensive neutronics analysis which evaluated the achievable tritium breeding ratio (TBR) and the power multiplication factor (M) as key parameters. The study considered ten solid breeder materials (e.g., Li2O, Li2SiO3, LiAlO2), six neutron multipliers (Be, BeO, Pb, PbO, PbBi and and Zr5Pb3) and two coolants (helium and water). These breeder and multiplier materials were considered in six different design configurations which included homogenized breeder/multiplier mixtures and a separate multiplier zones.The general conclusions which can be made from the TBR results are that: (1) Be exhibits the most superior performance among neutron multiplier (M) candidates; (2) Li2O is the most attractive solid breeder candidate, showing the highest TBR for the unmultiplied, separate multiplier and homogeneous SB/M cases; (3) Li2O is the only solid breeder with a plausible chance of performing satisfactorily without a multiplier; (4) the homogeneous SB/Be cases show exceptional TBR performance and should be considered in the test program, (5) multi-region solid breeder multiplier (SB/M) cases show still excellent TBR performance; and (6) the TBR with water coolant in all cases is 5–10% higher than with helium coolant.The power multiplication results tend to vary in accordance with the TBR results and thus reinforce the above conclusions. There are two notable exceptions; the first is the case of Li7Pb2, which, although showing a high effective TBR of 1.22, exhibits a rather low M of 1.18. The other exception is that changes in 6Li enrichment affect M only slightly in all cases. The overall M is actually decreased due to the decrease of the radiative capture reaction rate in the structure material used in the blanket utilizing highly enriched lithium.
核融合ブランケット用に多数の固体増殖材が提案されている。固体増殖材（SB）の選択がブランケットの魅力に与える影響を定量的に評価し、固体増殖材実験の優先順位を推奨するための研究が実施された。本論文は、達成可能なトリチウム増殖比（TBR）と出力増倍係数（M）を主要パラメータとして評価した広範な中性子工学解析の結果を要約するものである。本研究では、10種類の固体増殖材（例：Li2O、Li2SiO3、LiAlO2）、6種類の中性子増倍材（Be、BeO、Pb、PbO、PbBi、Zr5Pb3）、および2種類の冷却材（ヘリウムと水）を検討した。これらの増殖材と増倍材は、均質化された増殖材/増倍材混合物と分離された増倍材領域を含む6つの異なる設計構成で検討された。TBR結果から導かれる一般的な結論は以下の通りである：（1）Beは中性子増倍材（M）候補の中で最も優れた性能を示す；（2）Li2Oは最も魅力的な固体増殖材候補であり、増倍材なし、分離増倍材、均質SB/Mの場合において最高のTBRを示す；（3）Li2Oは増倍材なしで満足のいく性能を達成できる可能性がある唯一の固体増殖材である；（4）均質SB/Beの場合においては例外的なTBR性能が示され、試験プログラムで検討されるべきである；（5）多領域固体増殖材/増倍材（SB/M）の場合においても依然として優れたTBR性能が示される；そして（6）すべての場合において、水冷却材を用いたTBRはヘリウム冷却材を用いた場合より5〜10%高い。出力増倍の結果はTBRの結果に概ね一致して変動し、上記の結論を裏付けている。ただし、2つの顕著な例外がある。第一に、Li7Pb2の場合、高い実効TBR（1.22）を示すものの、Mはかなり低く1.18である。第二に、6Li濃縮度の変化はすべての場合においてMにわずかな影響しか与えない。高濃縮リチウムを用いたブランケットでは、構造材料における放射捕獲反応率の低下により、全体的なMは実際には減少する。