Simulation of irradiation-induced grain boundary phosphorus segregation by first-principles-based rate theory model including trapping and detrapping processes

トラップ・デトラップ過程を含む第一原理レート理論モデルによる照射誘起粒界リン偏析のシミュレーション

海老原 健一   ; 鈴土 知明   ; 山口 正剛   

Ebihara, Kenichi; Suzudo, Tomoaki; Yamaguchi, Masatake

原子炉圧力容器材の健全性確保のため、照射下での粒界におけるリンの偏析の定量的評価が必要である。八面体格子間サイトを移動するリン原子を考慮し、また第一原理計算に基づくkMCシミュレーションで評価された拡散係数を使用し、照射誘起粒界リン偏析を評価するコードが開発されている。しかし、粒界におけるリン原子のトラップ・デトラップ過程が考慮されていないため、粒界リン被覆率を評価できない。本研究では、トラップ・デトラップ過程をMDシミュレーションの結果に基づいてモデルに組み込み、粒界リン被覆率の温度依存性を調べた。結果として、照射誘起粒界リン偏析が再現され、これまでのモデルでは計算できなかった高温領域における熱偏析を示す結果も得られた。

The quantitative estimation of phosphorus (P) segregation at grain boundaries (GBs) under irradiation is required to secure the integrity of nuclear structural materials. The model for estimating irradiation-induced GB P segregation is developed by considering P atoms migrating via octahedral interstitial sites and using the diffusion coefficients evaluated by kMC simulations based on the first-principles calculation. Because the trapping and the detrapping processes of P atoms at GBs are excluded in the model, however, the model cannot estimate the GB P coverage. In this study, we considered incorporating these processes into the model on the basis of the result of the MD simulations. We also examined the temperature dependence of GB P coverage. As results, the GB P segregation was successfully simulated by the model. We also obtained the result showing thermal segregation in the high-temperature region which cannot be simulated by the previous model.