Study of effect of carbon on irradiation-induced grain-boundary phosphorous segregation in reactor pressure vessel using first-principles-based rate theory model

第一原理レート理論モデルを用いた原子炉圧力容器鋼における照射誘起粒界リン偏析への炭素の影響の研究

海老原 健一   ; 山口 正剛   ; 西山 裕孝 ; 鬼沢 邦雄 ; 松澤 寛*

Ebihara, Kenichi; Yamaguchi, Masatake; Nishiyama, Yutaka; Onizawa, Kunio; Matsuzawa, Hiroshi*

中性子照射された原子炉圧力容器鋼において、粒界脆化を引き起こすリンの照射による粒界偏析が見られる。しかし、既存の実験結果は、粒界リン偏析の照射量や照射速度依存性を明らかにするほど十分でない。そのため、レート理論モデルによる照射誘起粒界リン偏析の評価がなされている。本発表では、炭素の効果を空孔や自己格子間原子のトラップとして組み入れたレート理論モデルによって、中性子照射された原子炉圧力容器鋼における粒界リン偏析を見積った。結果として、空孔と自己格子間原子のシンク強度を適切に選ぶことによってオージェ電子分光解析によって測定した粒界リン偏析を数値的に再現した。また、炭素の有無にかかわらず、粒界リン偏析の照射速度依存性はほとんど見られなかった。さらに、炭素は、空孔と強く結合するため、リンの輸送にほとんど関与しない空孔を介して粒界リン偏析に影響を与えることがわかった。このため、たとえ空孔がリンをほとんど輸送しなくても、適切な粒界リン偏析を評価するためには、空孔を考慮する必要があると考えらる。

The experimental results on neutron-irradiated reactor pressure vessel (RPV) steels have revealed grain boundary (GB) segregation of phosphorous(P) causing GB embrittlement. Since the dependence of the segregation on dose and dose-rate is unclear due to the lack of experimental database, the estimation of the irradiation-induced GB P segregation by the rate theory model is desired. In this presentation, we incorporated the effect of carbon(C) into the model by considering C as the trap of vacancies(Vs) and self-interstitial atoms (SIAs), and evaluated the GB P coverage in the RPV steels. As a result, by selecting the proper sink strength of V and SIA, the simulation reproduced the experimental GB P coverage. It was confirmed that C hardly influences the dose rate dependency of the GB P coverage. It was found that C influences the GB P coverage by mainly slowing the V migration. Therefore it is considered that V is necessary for simulating GB P coverage even though V hardly transports P.