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Effects of carbon impurity on microstructural evolution in irradiated $$alpha$$-iron

$$alpha$$鉄における照射下微細組織変化に及ぼす不純物炭素の影響

阿部 陽介; 鈴土 知明; 實川 資朗; 都留 智仁; 塚田 隆

Abe, Yosuke; Suzudo, Tomoaki; Jitsukawa, Shiro; Tsuru, Tomohito; Tsukada, Takashi

原子レベルでの最適化法及び分子動力学法を用いて、$$alpha$$鉄中における自己格子間原子型(SIA)ループと不純物炭素の相互作用を静的・動的に調べることにより、不純物炭素によるSIAループの捕獲機構を評価した。この結果、SIAループの内側において原子空孔と不純物炭素の複合体との結合エネルギーが高くなることが示された。このことは、原子空孔-不純物炭素複合体が解離する450K以下におけるSIAループの捕獲機構として最も有力な反応であることを示唆している。この温度以上では、解離した不純物炭素が拡散しSIAループの拡張応力場に捕獲されることによりSIAループの移動度が減少する原因となることが予測される。得られた捕獲機構及び結合エネルギーを長時間積分が可能なクラスターダイナミクスに適用し実験データと比較・検証を行うことにより、得られた知見の妥当性を確認した。

Static and dynamic interactions between SIA loops and carbon impurities as a major impurity in $$alpha$$-iron was studied using atomic-scale computer simulations to clarify possible mechanisms of trapping of SIA loops by carbon impurities. It was found that bindings of carbon-vacancy complexes with SIA loops are so strong when they locate inside the loop habit plane. This situation would be realized below $$sim$$450 K at which carbon-vacancy complexes become to dissociate. At higher temperatures, it can be expected that the dissociated interstitial carbon atoms tend to migrate towards the loop periphery due to the internal stress field associated with SIA loops, and this could attribute to the continuous 1D motion of SIA loops with dragging impurities as observed by experiments. A long-term microstructural evolution induced by radiation damage was also simulated by taking into account the trapping and detrapping rates of SIA loops deduced from the knowledge obtained in this study.

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パーセンタイル:48.35

分野:Nuclear Science & Technology

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