An Atomistic modeling of He bubble stability at grain boundaries in alpha-Fe

アルファ鉄中の粒界におけるヘリウムバブル安定性に関する原子論的モデリング

鈴土 知明 ; 都留 智仁; 山口 正剛  ; 蕪木 英雄

Suzudo, Tomoaki; Tsuru, Tomohito; Yamaguchi, Masatake; Kaburaki, Hideo

原子炉その他の構造材における粒界にて析出するヘリウムバブルは、材料に深刻な脆化をもたらすことがあるが、そのようなバブルの形成機構はよくわかっていない。本研究では、その形成機構を明らかにするため、経験ポテンシャルを用いてヘリウムバブルの元になるヘリウム空孔クラスタの安定性を調べた。その結果、粒界におけるヘリウム空孔クラスタからの空孔の脱離エネルギーが、一般に同様のサイズの粒内クラスタのそれに比べて小さいことがわかった。また、粒界では平衡状態にあるクラスタのヘリウム・空孔比が大きくなることがわかった。以上のような結果は、バブル形成モデルを構築する場合の有用な情報となる。

He bubbles at grain boundaries (GBs) may lead materials to serious embrittlement, but the mechanism of the nucleation of such bubbles is not well-understood. In the present paper, we analyzed the stability of various He-vacancy clusters, which are precursors of He bubbles, at several kinds of grain boundaries of alpha-Fe using a set of empirical potentials. We found that the dissociation energy of vacancy from He-vacancy clusters at GBs is generally less than that for the intragranular counterparts, and that the He-to-vacancy ratio in equilibrium for various GB cases becomes larger in comparison with the intragranular case. The results obtained here are useful for kinetic models of He bubble nucleation.