MD/RT analysis on microstructural evolution during charged particle irradiation in martensitic and austenitc steels at temperatures 673 K

MD/RT解析によるマルテンサイト鋼及びオーステナイト鋼の673K照射下での微細組織発展

阿部 陽介; 鬼塚 貴志; 安堂 正己; 大久保 成彰   ; 實川 資朗

Abe, Yosuke; Onitsuka, Takashi; Ando, Masami; Okubo, Nariaki; Jitsukawa, Shiro

マルテンサイト鋼とオーステナイト鋼に対して、5MeVの鉄イオン照射及び1MeVの電子線照射を室温から673Kまでの範囲で10dpaまで行った。得られた自己格子間原子型(SIA)クラスターのサイズ・数密度に関して、原子炉中性子照射による結果と定性的に一致することがわかった。観察された微細組織発展に対して、MD/RT解析(クラスターダイナミクス)を用いて、照射量・温度・照射速度に対するSIAクラスターのサイズ・数密度の依存性を、点欠陥・欠陥クラスターの易動度,転位やSIAクラスターによるシンク強度などの観点から解析を行い、実験データとの比較・検討を行った。その結果、従来の研究ではほとんど考慮されていなかった、対象とする現象に関与するすべてのサイズのSIAクラスター及び原子空孔型クラスターの濃度を陽に計算することと、損傷カスケードで直接形成される欠陥クラスターのサイズ分布を適切に用いることで、実験データの再現精度を大幅に向上させることがわかった。

Fe ion-beam irradiation at 5MeV and electron beam irradiation at 1MeV (in-situ observation with a High Voltage Electron Microscope) have been performed to damage levels up to 10 displacements per atom at temperatures ranging between ambient temperature and 673K. Results were qualitatively agreed with those obtained by the fission reactor irradiation experiments. Microstructural change has been analyzed by computational simulation technique with molecular dynamics and rate theory models. Damage level and temperature dependence of size and number density of defect clusters obtained by calculation with parameters of point defect mobility, defect cluster mobility, sink strength, temperature and damage rate are compared with results by transmission electron microscopy on irradiated martensitic and austenitic steels. Significance of the mobility and sink strength of defect clusters is discussed.