Effect of transmutation products on materials properties in tungsten alloys

タングステン合金における核変換生成物の材料特性への影響

都留 智仁   ; 鈴土 知明   ; 譯田 真人*; 尾方 成信*; Daryl, C.*

Tsuru, Tomohito; Suzudo, Tomoaki; Wakeda, Masato*; Ogata, Shigenobu*; Daryl, C.*

タングステン合金は高融点、高熱伝導特性を有し核融合炉の構造材料の候補として考えられている。タングステンは中性子照射によってReやOsなどの5d金属へ核変換されるため、それらの核変換生成物の材料特性への影響の理解が不可欠である。本研究では、機械特性に着目し塑性変形の基礎となる転位運動とReやOsとの相互作用を第一原理計算によって求めるとともに、オロワンモデルに基づく転位運動の基礎理論と組み合わせることによって、温度や不純物濃度に対する降伏応力への影響を評価した。

Tungsten (W) is a potential candidate for plasma-facing materials in fusion reactors due to its high melting point and high thermal conductivity. Neutron irradiation transmutes W into other 5d metals such as rhenium (Re) and osmium (Os). We have so far carried out first-principles and kinetic Monte Carlo calculations to investigate the formation of radiation defects such as voids and radiation-induced precipitates in W alloys. In the present study, we investigate in detail the effects of Re and other 5d solutes on the interaction energy with a screw dislocation and the energy barrier for the dislocation motion through DFT calculations. Finally, solution hardening/softening behavior is reproduced by combining the DFT results with a theoretical model.