Migration behaviors of rhenium and osmium interstitials in tungsten; Ab initio informed kinetic Monte Carlo study

タングステン中のレニウムおよびオスミウム格子間原子の移動; 第一原理計算に基づいたキネティックモンテカルロ研究

鈴土 知明   

Suzudo, Tomoaki

タングステンは将来の核融合炉のプラズマ対向面材料として期待されているが、照射下の実際の利用では材料硬化を引き起こす照射誘起析出が問題となっている。照射誘起析出の正確な予測には、照射による核変換で生じるレニウムやオスミウムの移動が重要となる。本研究では、第一原理の計算結果を元にこれらの溶質原子の移動をキネティックモンテカルロ法でモデル化した。特に、最も効率よく溶質原子が移動できるタングステンと溶質原子の混合ダンベルの移動を調査した。その結果、それらの混合ダンベルの回転障壁が非常に小さく3次元的に移動することがわかった。また、これらの3次元運動が空孔移動のような単純な3次元運動ではモデル化できないことがわかった。

Tungsten is expected to be a promising plasma-facing material for future fusion devices, but radiation-induced precipitation (RIP), which leads the material to hardening, is a concern at their practical use. One of the keys to accurate prediction of the emergence of RIP is migration of solute atoms, rhenium and osmium, that are produced by nuclear transmutation through irradiation. We conduct numerical simulations using an ab initio informed atomic kinetic Monte Carlo method and investigate the migration of these solute atoms in the form of tungsten-rhenium and tungsten-osmium mixed dumbbells, considered to be the most efficient "carriers" of the solute atoms. We find that the low rotation energy barrier of these mixed dumbbells leading to three-dimensional migration. The result also suggests that, although these dumbbells have three-dimensional motion, one cannot simply reduce their migration behavior to that of vacancy-like spherical objects.