Kinetic Monte Carlo annealing simulation of cascade damage in -Fe

鉄におけるカスケード損傷のキネティックモンテカルロアニーリングシミュレーション

鈴土 知明   ; Golubov, S.*; Stoller, R.*; 山口 正剛   ; 都留 智仁   ; 蕪木 英雄

Suzudo, Tomoaki; Golubov, S.*; Stoller, R.*; Yamaguchi, Masatake; Tsuru, Tomohito; Kaburaki, Hideo

分子動力学は原子炉構造材料中でのカスケード照射損傷を解析するのに適したツールであるが、その手法で追える時間は100ピコ秒程度である。それに対してキネティックモンテカルロ法によるカスケードアニーリングシミュレーションはカスケード損傷後の長いシミュレーションに適している。そこでわれわれは-鉄においてそのようなアニーリングシミュレーションを包括的に行った。PKAエネルギーが10keV以上の場合ではカスケード事象直後に残存する弾き出し量のNRT標準値に対する比が0.3程度あるが、300Kにおけるアニーリングによってその約3割が再結合で消失することがわかった。また再結合率はアニール温度を上げると高くなることがわかった。これらの結果は、速度論を用いたカスケード蓄積シミュレーションのモデリングに有用なデータを提供する。以上のように、本成果は原子力分野の材料研究開発に資する成果である。

Molecular dynamics is a useful tool to analyze cascade damage in structural materials of nuclear devices, but the time scale accessible to molecular dynamics is 100 ps. Kinetic Monte Carlo annealing simulation of cascade damage is useful for analyzing the longer time development of cascade damage. We conducted a series of such annealing simulations in -Fe. The surviving displacement ratio to the NRT displacements before annealing is 0.3 in the case of primary knock-on atom's energy more than 10 keV, but it decreased by 30 % through the annealing at 300 K because of recombination of vacancies and self-interstitial atoms, and the recombination ratio increased as the annealing temperature increased. These results are meaningful when applied to the simulation of accumulation of cascades using rate theory. This work is useful for R&D of nuclear materials.