Effect of one-dimensional migration of self-interstitial atom clusters on their nucleation and growth behaviour in alpha-iron under electron irradiation

純鉄における電子照射下での格子間原子集合体の核形成・成長挙動に対する一次元運動の影響

阿部 陽介  ; 佐藤 裕樹*

Abe, Yosuke; Sato, Yuki*

超高圧電子顕微鏡による電子照射下その場観察と反応速度論モデルを組み合わせることにより、純鉄における格子間原子集合体の一次元(1D)運動がその核形成・成長挙動に与える影響を調べた。ランダムウォーク理論を用いて、格子間原子集合体が1D運動中に不純物によりトラップされる確率の解析解を導出し、従来の反応速度式に組み込むことで1D運動の影響をモデル化した。1D運動による優先的な表面散逸の結果、格子間原子集合体の核形成が抑制されることから、その飽和数密度が従来モデルと比較して大幅に低くなるとともに、実験データに近づくことが分かった。また、実験から得られた照射強度に比例した格子間原子集合体のデトラップを考慮することにより、高照射量で観察された格子間原子集合体の数密度の減少挙動を再現できることを示した。

We examined a role of 1D migration in nucleation and growth of SIA clusters in electron-irradiated alpha-iron from in-situ observation using high-voltage electron microscopy and the reaction rate theory model. We derived the analytical expression for trapping probability of SIA clusters by impurity atoms using 1D random walk theory, and incorporated the expression into a conventional rate equation. The calculation showed that the saturated cluster number density is lower than that calculated without considering 1D migration due to the suppression of cluster nucleation rate, which approaches the order of experimental data. Also, the irradiation-induced detrapping increases the annihilation rate of the liberated SIA clusters at specimen surfaces, leading to the decrease in the cluster number density at higher irradiation doses as observed experimentally.