Effect of carbon impurity content on microstructural evolution in neutron-irradiated alpha iron; Cluster dynamics modeling

中性子照射した鉄の微細組織発達に及ぼす不純物炭素の影響; クラスターダイナミクス

阿部 陽介  ; 都留 智仁   ; 實川 資朗

Abe, Yosuke; Tsuru, Tomohito; Jitsukawa, Shiro

従来のクラスターダイナミクスモデルによるカスケード照射下での微細組織変化予測においては、自己格子間原子型(SIA)ループの1次元(1D)運動の効果を無視したり、カスケードで導入される欠陥クラスターのサイズ分布をフィッティングすることにより実験データの再現が試みられてきた。本研究では、SIAループの1D運動を適切に記述可能な生成バイアスモデルに基づき、原子計算により明らかにされてきた不純物元素である炭素と原子空孔の複合体によるSIAループの捕捉効果を組み込むことにより、鉄中でのカスケード損傷下での微細組織変化に及ぼす不純物効果の評価を行った。その結果、比較対象とした実験で用いられた試料と同程度の不純物濃度を用いたモデル計算によって、実験で得られたSIAループの数密度やサイズ分布の再現が可能であることがわかった。さらに、SIAループの数密度やサイズ分布の不純物濃度依存性や、照射速度・温度依存性についての詳細な解析を行うとともに、実験データとの比較による本モデルの妥当性を検証した。

In this study, in addition to adequately model the 1D reaction kinetics of SIA loops in the framework of a production bias model, reaction kinetics associated with carbon impurity atoms present in -iron have been formulated to take into account the trapping effect of glissile SIA loops by vacancy-carbon (V-C) complexes that have been shown to have strong bindings with SIA loops by atomistic simulations. Results of calculated defect accumulation behavior of neutron irradiated -iron show that the developed CD model can successfully reproduce the number densities of SIA loops and vacancy clusters when the applied impurity concentration is the same order as experimental one. This indicates that the assumed mechanism for the trapping of glissile SIA loops by V-C complexes is reasonable. The dependences of irradiation dose, dose rate, and temperature are discussed in detail.