Monte Carlo/molecular dynamics simulation on laser melting and evaporation

レーザー照射時の溶融・蒸発に関するモンテカルロ-分子動力学シミュレーション

功刀 資彰; 江里 幸一郎*; 清水 昭比古*

Kunugi, Tomoaki; not registered; not registered

核融合炉のプラズマディスラプション時には、プラズマ崩壊によって、瞬時に莫大なエネルギーがプラズマ対向壁(PFC)へ投下され、PFCは溶融・蒸発する。この損耗量の評価が機器寿命を決定する重要な因子の一つであることから、各種高エネルギービームを用いた模擬実験や解析が行われている。しかし、これら実験値と解析値は一致せず、その原因解明が急がれている。本研究では、この食い違いの原因とされている溶融蒸発過程の原子挙動(クラスター生成)や解析コードの境界条件(熱平衡性)の妥当性を検討することを目的とし、高エネルギー加熱源としてレーザー、ターゲット材としてPFC候補材のモリブデンを対象とした光モンテカルロ-分子動力学シミュレーションを実施した。その結果、緩やかな定常的な加熱時にはターゲット材料は単調な溶融蒸発挙動を示し、蒸発原子同士によるクラスター生成も見られるが、原子運動の統計量の検討から溶融蒸発界面での熱平衡性は達成されていることが示された。また、急速なパルス的強加熱時には衝撃波的な圧力波が材料中を音速で伝播し、熱平衡は達成されず、特に、材料表面では沸騰のようなボイドが発生することなどが示された。

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