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Modeling of Phosphorus Transport by Interstitial Dumbbell in $$alpha$$-Iron Using First-Principles-Based Kinetic Monte Carlo

$$alpha$$-鉄における格子間原子対によるリン輸送の第一原理キネティックモンテカルロをモデリング

海老原 健一; 鈴土 知明; 山口 正剛

Ebihara, Kenichi; Suzudo, Tomoaki; Yamaguchi, Masatake

原子炉圧力容器鋼における照射による粒界リン偏析を数値シミュレーションによって評価することを目指し、原子レベルの計算に基づく拡散レート方程式の開発を行っている。本研究では、第一原理計算で評価した格子間原子対の移動モデルおよび移動障壁エネルギーを用いたキネティックモンテカルロシミュレーションによって、鉄原子とリン原子の混合格子間原子対の拡散係数を評価した。評価した混合格子間原子対の拡散係数は、八面体格子間サイトを移動するリン原子の拡散係数とほぼ同じであり、空孔によるリン輸送の拡散係数よりかなり大きい値であった。さらに、八面体格子間サイトのリン原子を取り入れるように修正した拡散レート方程式に評価した拡散係数を組み入れ、照射誘起粒界リン偏析の数値シミュレーションをしたところ、八面体格子間サイトのリン原子に対する粒界における従来の境界条件が不適切であることが明らかとなった。今後、適切な境界条件を取り入れる必要がある。

In order to evaluate grain boundary (GB) phosphorous (P) segregation in nuclear reactor pressure vessel steels under irradiation, the rate-theory model based on first-principles calculations is developed. In this study, we evaluated the diffusion coefficient of the mixed interstitial dumbbell of a P atom and an iron(Fe) atom using a kinetic Monte Carlo (kMC) simulation based on first-principles calculations. The evaluated diffusion coefficient was almost the same with the diffusion coefficient of P atoms which migrate via octahedral interstitial sites, and was much faster than that for P transport by vacancies. Furthermore, from the simulation of the irradiation induced GB P segregation using the model which was modified to include P atoms of octahedral interstitial sites, it was found that the boundary condition at GB is not valid for P atoms of octahedral interstitial sites

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パーセンタイル:60.17

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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