Effect of carbon on irradiation-induced grain-boundary phosphorus segregation in reactor pressure vessel steels using first-principles-based rate theory model

第一原理計算に基づく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に対する炭素の影響

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ける実験結果は、脆化の原因となる粒界リン偏析を示しているが、偏析の照射量,照射速度などへの依存性は、実験データの不足のため明らかではない。本論文では、炭素の影響を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の粒界リン偏析をシミュレーションした。結果として、空孔と自己格子間原子のシンク強度を選ぶことにより、実験で得られた粒界リン偏析量が再現された。また、炭素の有無にかかわらず粒界リン偏析量の照射速度への依存性は見られなかった。さらに、空孔によるリンの輸送は自己格子間原子による輸送に比べ非常に小さいことを確認し、炭素は、おもに、空孔の移動を抑制することによって照射誘起リン偏析に影響することがわかった。これらの結果は、照射誘起リン偏析の数値的予測の高精度化に寄与するものであり、原子炉圧力容器鋼の経年変化の理解に向け、必須な知見を得たことを意味している。

According to the experiment, the grain-boundary (GB) phosphorus (P) segregation in neutron-irradiated reactor pressure vessel (RPV) steels causes intergranular embrittlement. However the dependence of the segregation on variables such as dose and dose-rate is not clear due to the lack of experimental databases. In this paper, we incorporated the effect of carbon atoms into the rate theory model, and simulated the GB P coverage in the neutron-irradiated RPV steels. As a result, the simulation reproduced the experimental GB P coverage. It was observed that the GB P coverage does not depend on the dose rate regardless of the presence of carbon atoms. Furthermore, it was confirmed that vacancies scarcely transport P atoms to grain-boundaries as compared to the transport by self-interstitial atoms and it was found that carbon atoms influence the irradiation-induced P segregation mainly by suppressing the migration of vacancies.