First-principles calculations of interaction between solutes and dislocations in tungsten

タングステンにおける転位と溶質原子の相互作用の第一原理計算

都留 智仁   ; 鈴土 知明   

Tsuru, Tomohito; Suzudo, Tomoaki

タングステン中の核反応生成物であるレニウムとオスミウムによる機械特性の変化を理解することは核融合におけるプラズマ対向材料の重要な課題である。本研究では、塑性変形時の転位とこれらの核反応生成物とその他の固溶元素に着目し、第一原理計算を用いて相互作用について検討を行った。その結果、Ir, Pt, Au, Hgなどの合金では非常に強い引力相互作用を生じ固溶強化を生じることがわかった。一方、Hf, Ta, Reでは転位の運動を容易にすることで固溶軟化を生じる特徴を有することがわかった。これらの傾向はW-Re合金の実験観察とよく一致しており、メカニズムの解明に寄与すると考えられる。

Changes in mechanical properties due to transmutation products (Re and Os) in W alloys is a central issue for plasma-facing materials in fusion reactors. We implemented density function theory calculations to investigate the effect of Re, Os, and other 5d solutes on dislocation core structure and motion associated with plastic deformation. Ir, Pt, Au, and Hg solutes show strong attractive interactions with screw dislocations, causing solution strengthening by the pinning mechanism. On the other hand, Hf, Ta, and Re cause softening by facilitating dislocation motion around solutes. This prediction corresponds well with the experimental observation of softening behavior in W-Re alloys.