First-principles study on effect of Re, Os and 5d solutes on dislocation motion in W alloys

タングステン合金におけるRe・Osと5d元素の転位運動への影響に関する第一原理計算

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、理論モデルを用いて温度や不純物濃度に対する降伏応力への影響を評価する。さらに他の5d元素との比較することで転位運動に及ぼす影響を電子の結合状態に基づき評価する。

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.