鉄粒界におけるヘリウム空孔クラスターの解析

An Analysis of He-vacancy clusters in grain boundaries of -Fe

鈴土 知明   ; 都留 智仁   ; 山口 正剛   

Suzudo, Tomoaki; Tsuru, Tomohito; Yamaguchi, Masatake

シビアアクシデント時や核融合条件では構造材料が高温で照射にさらされ、粒界でバブルが発生し脆化が引き起こされる可能性がある。本研究では、粒界バブルの発生機構を明らかにするためその元となる粒界中のHe空孔クラスターについて経験ポテンシャルを用いた解析を行った。あらかじめさまざまな粒界を含んだ鉄結晶系を作成し、粒界に空孔及びHeを挿入しさまざまなサイズそしてHe空孔比のHe空孔クラスターを作り、それぞれのクラスターについてのそれらの形成エネルギーやクラスターと空孔やHe原子の結合エネルギーを求めた。粒界のクラスターの形成エネルギーが粒内のそれよりも有意に低くなった。また、平衡なHe空孔比が上昇する傾向があることがわかった。

In the condition of severe accidents or fusion device environment, structural materials are exposed to radiation in high temperatures, and this condition easily causes grain boundary (GB) bubbles that lead materials to embrittlement. In the present study, to investigate the mechanism of nucleation of GB bubbles, we conducted a series of analyses of He-vacancy clusters, i.e. micro bubbles, at GBs using empirical potentials. First, we created Fe crystal systems that include various types of GBs and inserted He-vacancy clusters at the GBs. Second, we calculated the formation energy of the clusters and the binding energy of He (and vacancy) to the clusters. We found that the formation energy of the clusters in GBs is generally lower than those in the bulk, and that the equilibrium He-vacancy ratio of the clusters tend to increase in the GBs in comparison with those in the bulk.