クラスターダイナミクスによる照射下微細組織変化

Cluster dynamics modeling of the microstructural evolution of irradiated materials

阿部 陽介  ; 實川 資朗; 塚田 隆 

Abe, Yosuke; Jitsukawa, Shiro; Tsukada, Takashi

さまざまな照射条件下での構造材料の微細組織変化や特性変化を予測し、許容できる照射硬化量の指標を得るためには、微細組織変化において重要である自己格子間原子型(SIA)クラスターの数密度を精度よく予測できる数値モデルの構築が必須である。本研究では、クラスターダイナミクスを用いて、鉄におけるSIAクラスターの1次元運動に対して生成バイアスモデルを適用するとともに、不純物-原子空孔クラスターによるSIAクラスターの捕獲効果を導入した。この際、過去の研究で用いられてきたさまざまなパラメータフィッティングは行わなかった。その結果、比較に用いた実験におけるものと同程度の不純物濃度を含む場合に、SIAクラスター及び空孔クラスターの数密度が実験データとよく一致することが示された。

In the present study, one-dimensional (1D) motion of SIA-clusters was modeled in the framework of production bias model because the 1D motion of SIA clusters is known to greatly affect the microstructural evolution in irradiated materials. The trapping effect of 1D migrating SIA clusters by impurity-vacancy clusters was also taken into account to model the detailed underlying physical process which can take place at relatively low temperature in real materials. This model has no fitting procedures that are often applied in previous studies to reproduce experimental data. It was shown that the developed model with the impurity concentration of 10-100 appm, that is the same order as experimental one, can accurately reproduce experimental data, suggesting that the agglomeration and growth processes of point-defect clusters and the underlying mechanism of microstructural evolution are well described in this model.