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-iron investigated using in situ high-voltage electron microscopy阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*
Philosophical Magazine, 102(12), p.1173 - 1193, 2022/00
被引用回数：2 パーセンタイル：34.67(Materials Science, Multidisciplinary)高エネルギー粒子照射により形成される点欠陥の移動の活性化エネルギーは、照射下でのミクロ組織変化の予測を目的とした様々な数値計算モデルにおける重要な物理量である。本研究では、超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射その場観察により、鉄中の格子間原子集合体の成長速度を275-320Kで測定した。フィルム媒体に加えてビデオ撮影による動画データに画像処理技術を援用することにより、大量のデータ解析を可能にした。得られた成長速度の温度依存性と反応速度式から導出される関係式を用いることにより、空孔拡散の活性化エネルギーを評価した。さらに、材料中の不純物元素が成長速度を遅くする効果について議論した。
佐藤 裕樹*; 阿部 陽介; 大久保 賢二*; 谷岡 隆志*
Philosophical Magazine, 102(12), p.1152 - 1172, 2022/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)分子動力学計算によると、格子間原子集合体はカスケード損傷から直接形成され、一次元(1D)運動と呼ばれる高速拡散により損傷領域から離脱することにより、その後の損傷組織発達に強く影響すると考えられている。我々はこれまでに、超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射その場観察により、実験で観察される1D運動は間欠的で、その理由として試料に残留する不純物の効果を考えてきた。本研究では、銅を対象として、純度及び試料の作製方法と1D運動挙動の関係について調査した。その結果、高純度試料では、熱処理なし試料(切断・機械研磨・打ち抜き)に比べて標準試料(切断・圧延・打ち抜き・熱処理)では1D運動距離が大きく抑制されるのに対して、バルク熱処理試料(切断・熱処理・機械研磨・打ち抜き)では大きな変化は見られなかった。低純度試料では、バルク熱処理試料と標準試料で顕著な差は見られなかった。また、標準試料で比較すると高純度と低純度には顕著な差は認められなかった。入手した試料に最初から含まれている不純物と試料作製の際の熱処理で導入される不純物が1D運動に影響していることが考えられる。
-iron estimated by in situ observation of interstitial clusters at low temperatures using high-voltage electron microscopy阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*
Philosophical Magazine, 101(14), p.1619 - 1631, 2021/07
被引用回数：2 パーセンタイル：17.84(Materials Science, Multidisciplinary)高エネルギー粒子照射により形成される格子間原子(SIA)の移動の活性化エネルギーは、ミクロ組織変化の様々な予測モデルにおける重要な物理量である。本研究では、超高圧電子顕微鏡を用いた低温(110-320K)での電子照射下その場観察により、鉄中のSIAクラスター数密度の時間変化を測定し、格子間原子の移動度に関連する物理量として、(1)SIAクラスターのピーク数密度と(2)薄膜試料において欠陥ができなくなる臨界厚さに関する温度依存データを取得した。これらをアレニウスプロットし、反応速度式から導出される関係式を用いることにより、格子間原子の移動の活性化エネルギーを評価した結果、(1)からは
eV、(2)からは
eVを得た。
-iron阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*
Philosophical Magazine, 100(1), p.110 - 125, 2020/00
被引用回数：7 パーセンタイル：38.58(Materials Science, Multidisciplinary)超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた電子照射下その場観察実験により、純鉄における格子間原子集合体の数密度は照射初期にピークに達し、その後連続的に減少することが明らかになった。HVEMその場観察実験では薄膜試料が用いられるため、格子間原子集合体は一次元(1D)運動により表面で消失することが考えられる。そこで本研究では、実験で明らかになった格子間原子集合体の1D運動機構に基づく解析モデルを導出し、格子間原子集合体の1D運動が数密度減少に及ぼす影響を調べた。その結果、残留不純物に捕獲され静止状態にある格子間原子集合体は、電子照射による弾き出しが引き金となって1D運動を生じ、残留不純物への再捕獲を免れた割合だけ表面消失を生じ、それにより数密度が連続的に減少することが示された。残留不純物への捕獲確率はランダムウォーク理論を用いて評価することができ、用いた薄膜試料における残留不純物濃度と同程度の場合に、実験で観察された格子間原子集合体の数密度の減少挙動をよく再現することが示された。
井尻 佑太*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; Yu, H.*; 大塚 智史; 阿部 陽介; 松川 義孝*
Philosophical Magazine, 97(13), p.1047 - 1056, 2017/02
被引用回数：2 パーセンタイル：11.52(Materials Science, Multidisciplinary)室温でのTEM内引張その場観察により、9Cr-ODSフェライト鋼における酸化物粒子と転位の相互作用について調べた。測定した酸化物粒子の障害物強度()は高々0.80で平均は0.63だった。いくつかの粗大化した粒子の周辺には転位ループが観察された。Orowan機構による応力評価式に基づく障害物強度は実験データの平均値とほぼ等しいことが分かった。交差すべり系の相互作用のみならず、Orowan機構が9Cr-ODSフェライト鋼における酸化物粒子と転位の主な相互作用機構であると考えられる。
-iron; Molecular dynamics simulation阿部 陽介; 都留 智仁; Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*
Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1528 - 1534, 2016/10
被引用回数：11 パーセンタイル：71.62(Nuclear Science & Technology)高エネルギー中性子照射により形成されるボイドやヘリウム(He)バブルなどのナノ欠陥は照射材料の機械特性を劣化させることが知られている。本研究では、分子動力学法を用いて鉄中での刃状転位の運動に対するHeバブルによる障害物強度を評価した。温度300Kと500Kの場合について、2nmと4nmのHeバブルに対してヘリウム/空孔(He/V)比をそれぞれ0-1の範囲で変化させた。その結果、両温度において、He/V比が0-0.5程度までは障害物強度は増加し、それ以上のHe/V比の増加によって障害物強度は減少することが分かった。各バブルサイズ・He/V比・温度に依存してHeバブルにより生じる格子歪み量と障害物強度に相関があることが分かった。
佐藤 裕樹*; 阿部 陽介; 阿部 弘亨*; 松川 義孝*; 叶野 翔*; 大貫 惣明*; 橋本 直幸*
Philosophical Magazine, 96(21), p.2219 - 2242, 2016/06
被引用回数：12 パーセンタイル：51.44(Materials Science, Multidisciplinary)超高圧電子顕微鏡を用いることにより、110
300Kの温度範囲で純鉄における格子間原子集合体の一次元(1D)運動の電子照射その場観察を行った。全ての温度において、ほとんどの1D運動は不規則な時間間隔で離散的な位置変化を示した。1D運度頻度は温度に依存せず、電子照射強度に比例した。これは、1D運動が電子照射により生じることを示唆している。一方、1D運動距離は照射強度に依存せず、低温では1D運動距離が極めて短くなることが明らかとなった。さらに、分子静力学法を用いて、格子間原子集合体とランダム分布した空孔との相互作用エネルギーを評価した結果、空孔濃度が
よりも高い場合には相互作用エネルギーのゆらぎが格子間原子集合体をトラップすることが分かった。これらの結果から、1D運動の阻害に寄与するのは、250K以上では残存不純物であり、空孔が熱的に移動できない低温では、電子照射により蓄積した高濃度空孔との弾性的相互作用であることを提案した。
Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 阿部 陽介
Materials Science & Engineering A, 617, p.61 - 65, 2014/11
被引用回数：2 パーセンタイル：12.26(Nanoscience & Nanotechnology)放電プラズマ焼結による有機高分子の熱分解ガスを利用したCu基バブル分散強化合金を作製した。Cuマトリクス中に平均直径14nmのバブルが119nm間隔で分散形成された。バブルによる転位ピン止め効果により、ビッカース硬さは純Cuに比べて400MPa高くなることが分かった。
-iron阿部 陽介
Computational Materials Science, 74, p.23 - 26, 2013/06
被引用回数：8 パーセンタイル：28(Materials Science, Multidisciplinary)遅い状態間遷移過程を加速計算することが可能なhyper-molecular dynamics(hyper-MD)を鉄中での自己格子間原子(SIA)の拡散過程に対して適用した。局所的バイアスポテンシャルを用いることにより、通常のMDにより得られるダイナミクスを維持しながらも状態間遷移の遅い低温域での拡散過程を極めて大きく加速できることを示した(300Kにおいて5桁の加速)。この結果により、適切な局所的バイアスポテンシャルを用いることにより、バルク中でのSIAの拡散過程に対してhyper-MDが適用可能であることを実証した。
阿部 陽介; 都留 智仁; 實川 資朗
Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1535 (Internet), 7 Pages, 2013/04
従来のクラスターダイナミクスモデルによるカスケード照射下での微細組織変化予測においては、自己格子間原子型(SIA)ループの1次元(1D)運動の効果を無視したり、カスケードで導入される欠陥クラスターのサイズ分布をフィッティングすることにより実験データの再現が試みられてきた。本研究では、SIAループの1D運動を適切に記述可能な生成バイアスモデルに基づき、原子計算により明らかにされてきた不純物元素である炭素と原子空孔の複合体によるSIAループの捕捉効果を組み込むことにより、鉄中でのカスケード損傷下での微細組織変化に及ぼす不純物効果の評価を行った。その結果、比較対象とした実験で用いられた試料と同程度の不純物濃度を用いたモデル計算によって、実験で得られたSIAループの数密度やサイズ分布の再現が可能であることがわかった。さらに、SIAループの数密度やサイズ分布の不純物濃度依存性や、照射速度・温度依存性についての詳細な解析を行うとともに、実験データとの比較による本モデルの妥当性を検証した。
-iron under cascade damage condition阿部 陽介; 實川 資朗; 大久保 成彰; 松井 秀樹*; 塚田 隆
Effects of Radiation on Nuclear Materials; 25th Volume (ASTM STP 1547), p.313 - 337, 2013/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.1(Materials Science, Characterization & Testing)原子炉圧力容器鋼の機械特性低下は、中性子照射により形成されたナノサイズの溶質原子や点欠陥クラスターに起因することが知られている。したがって、照射による材料の微細組織変化やその結果として生じる材料特性変化を予測可能なモデルを開発することは極めて重要である。われわれは、点欠陥クラスターの長期間発展を評価するために用いられてきた反応速度論に基づくクラスターダイナミクスコードを、自己格子間原子(SIA)型クラスターの移動を考慮できるように改良を行った。この計算コードを用いて、316ステンレス鋼と鉄に対する計算結果の比較・解析を行うことにより、両材料における欠陥クラスターの反応機構、カスケードによる欠陥クラスターサイズ分布、SIAの移動度などの差異により、両材料中に生じる微細組織発展の差異が特徴付けられることを明らかにした。
-iron阿部 陽介; 鈴土 知明; 實川 資朗; 都留 智仁; 塚田 隆
Fusion Science and Technology, 62(1), p.139 - 144, 2012/07
被引用回数：10 パーセンタイル：60.35(Nuclear Science & Technology)原子レベルでの最適化法及び分子動力学法を用いて、鉄中における自己格子間原子型(SIA)ループと不純物炭素の相互作用を静的・動的に調べることにより、不純物炭素によるSIAループの捕獲機構を評価した。この結果、SIAループの内側において原子空孔と不純物炭素の複合体との結合エネルギーが高くなることが示された。このことは、原子空孔-不純物炭素複合体が解離する450K以下におけるSIAループの捕獲機構として最も有力な反応であることを示唆している。この温度以上では、解離した不純物炭素が拡散しSIAループの拡張応力場に捕獲されることによりSIAループの移動度が減少する原因となることが予測される。得られた捕獲機構及び結合エネルギーを長時間積分が可能なクラスターダイナミクスに適用し実験データと比較・検証を行うことにより、得られた知見の妥当性を確認した。
都留 智仁; 阿部 陽介; 鈴木 知史; 中沢 哲也; 加治 芳行; 塚田 隆
Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.1054 - 1057, 2011/10
被引用回数：1 パーセンタイル：10.73(Materials Science, Multidisciplinary)核融合炉における構造材料の有力な候補として期待される低放射化フェライト鋼において、マトリクス中の不純物の安定性は照射脆化等の材料劣化に寄与する大きな要因である。本研究では、圧力容器等に用いられるフェライト鋼と低放射化フェライト鋼における不純物元素の析出特性と、空孔ペアとの安定性について第一原理計算を用いた検討を行った。その結果、Feマトリクス中の相互作用係数と析出エンタルピーの評価から、WやMoはCuなどの閉殻系と異なり固溶状態が安定であることがわかった。
-Fe中でのCu析出物の相変化と障害物強度への影響に関する原子論的検討都留 智仁; 阿部 陽介; 加治 芳行; 塚田 隆; 實川 資朗
材料, 59(8), p.583 - 588, 2010/08
-Fe中のCu不純物の相変化と障害物強度に対する影響に関して、原子論的手法に基づく解析を行った。その結果、Cu析出物は空孔のない場合でも直径が4nmを越えるとbcc構造から9R構造に相変化することがわかった。また、相変化した析出物では内部で9Rのすべりを要するため、張り出したらせん転位は界面で原子間の再配列を生じ、その結果障害物強度は上昇する。このことは、従来の剛性率効果からは見積もることができないため、析出物の成長とともに相変化を考慮した予測が必要であることを示唆した。
阿部 陽介; 實川 資朗
Philosophical Magazine Letters, 89(9), p.535 - 543, 2009/09
被引用回数：5 パーセンタイル：36.29(Materials Science, Multidisciplinary)MD計算において構造探索を効率的に促進可能なself-guided molecular dynamics(SGMD)を用いて、熱時効による鉄中での銅析出物の相変化過程を調べた。その結果、SGMD法は銅析出物中に空孔が存在しない条件下でもbccから9Rへの構造変化を再現できることがわかった。この相変化の起こる析出物サイズ(最小4.0nm)が、実験データと一致することを示した。
-iron from a combination of Langevin molecular dynamics and the basin-hopping technique阿部 陽介; 實川 資朗
Philosophical Magazine, 89(4), p.375 - 388, 2009/02
被引用回数：9 パーセンタイル：48.41(Materials Science, Multidisciplinary)Langevin分子動力学法とbasin-hopping with occasional jumping(BHOJ)法を結びつけることにより、アルファ鉄中での格子間原子型(SIA)クラスターの最安定配位のサイズ依存性を系統的に求めた。最安定配位探索の高効率化のため、あるSIAクラスターにおいて相対的に結合の弱い原子をランダムに抽出し、他のSIAに隣接するサイトに移動させるlong jumpingプロセスを新たに導入した。求めた最安定配位における結合エネルギーを算出し、KMC法や反応速度論において直接使用可能な解析表現を得た。
阿部 陽介; 實川 資朗
no journal, ,
近年、原子レベルでの時間・空間スケールを拡大可能な計算手法が提案されている。しかし、適用可能な対象は、表面での原子の拡散予測などに限られている。本研究ではこれらの手法を、新たに金属中の点欠陥に対して適用し、通常の分子動力学法と比較することにより、その妥当性を評価することを目的とした。本研究で用いた2つの手法に対して、鉄中における格子間原子の拡散係数の温度依存性を評価した結果、おもに空間スケールの拡大が可能な手法(Feature-activated MD)においては、計算システムが増大しても計算量はほとんど増加せず(全計算システムの3割程度)、誤差の範囲内で通常の分子動力学法の結果と一致することが確認された。一方、時間スケールを拡大可能な手法(Hyper-MD)では、今回の計算の中で最も低い温度の500Kで、約2倍の高速化が可能なことが示された。この高速化は、エネルギー障壁が大きいほど顕著になるため、転位ループの近傍での格子間原子の拡散過程や、不純物に捕獲された格子間原子の拡散過程などへ適用することにより、それらのメカニズムの解明につながるものと考えられる。
阿部 陽介; 實川 資朗
no journal, ,
熱時効や照射により、Fe-Cu合金においてCu析出物が成長するとともにその相がbcc-9R-3R-fccと変化することが観察されている。この非コヒーレントなCu析出物は脆化に関連するものと考えられるため、相変化過程や相構造の理解が重要である。本研究では、徐冷法と分子動力学(MD)法によりFe-Cu合金における相変化に対するCu析出物のサイズ依存性,原子空孔濃度、及びその相構造を調べ、実験結果との整合性を調べた。過去の研究では、析出物サイズが9nmでもbcc-9R変化は再現されていなかったが、本研究では徐冷法により安定配位を得ることにより、析出物サイズが5-6nmで9R構造への変化傾向を初めて再現した。また、析出物中の空孔濃度が5at.%の場合では、4-5nmからbcc-9R変化が確認された。これは、熱時効により約4nmでbcc-9R変化が起こること、さらに照射中では原子空孔の影響により、より小さいサイズから相変化が起こるという実験結果とよく一致し、本研究における計算手法が実験データと非常に良い整合性を持つことを明らかにした。
阿部 陽介; 實川 資朗
no journal, ,
鉄中でのSIAクラスターに対して新しい最適化アルゴリズムを用いて、各サイズのSIAクラスターについての最安定配位を求め、結合エネルギーのサイズ依存性を評価した。さらにこの手法を不純物炭素にも適用し、不純物炭素がSIAクラスターの安定性に与える影響を評価した。その結果、不純物炭素のSIAクラスターへの結合エネルギーは、SIAクラスターのサイズによらずほぼ一定値(0.6-0.9eV)をとることがわかった。これは、SIAクラスターの極限である刃状転位に対する不純物炭素の結合エネルギーが約0.7eVであることと整合する。したがって、照射下でのSIAクラスターの成長過程において、すべてのサイズのSIAクラスターが不純物炭素の影響を受けることが示唆されるため、反応速度論を用いてこの影響を評価した。
-iron阿部 陽介; 都留 智仁; 實川 資朗
no journal, ,
ランジュバン分子動力学法による徐冷法とbasin-hopping with occasional jumping(BHOJ)法を組合せることにより、-鉄中での不純物炭素を含む場合の自己格子間原子型(SIA)クラスターの最安定配位をクラスターサイズに対して系統的に求めた。求めた最安定配位を用いて不純物炭素のSIAクラスターへの結合エネルギーを評価し、クラスターサイズにほとんどよらずに約0.76eVとなることがわかった。さらに、過去の知見に加えて、本研究で得られた不純物炭素との結合エネルギー、及び不純物炭素の位置に依存したSIAクラスターの易動度に基づき、SIAクラスターの一次元運動に対する温度依存性の可能な要因を説明することができた。
