プラズマ対向材料中に存在し得る各種格子欠陥における水素同位体捕獲機構の解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21760692
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 岩切 宏友 琉球大学, 教育学部, 准教授 (80325480)
• Keywords: 水素同位体 / ヘリウム / 格子欠陥 / イオンビーム照射 / 第一原理計算 / 分子動力学法 / 核融合炉材料

Research Abstract

核融合炉材料に入射してくるヘリウムはヘリウムバブルに代表されるような各種欠陥を形成し、水素同位体の保持・放出特性などに大きな影響を与えることが知られている。そこで,本年度は照射中におけるヘリウムバブルの挙動についての解析を計算機シミュレーションにより行った。
計算の系としては,(100)面を表面とした10×10×30a_u(a_u:格子定数)のFeスーパーセル(原子数6000個のシミュレーション結晶)を構築し,1個のヘリウムにエネルギーを与えて表面から入射させた。それと共に,結晶構造内にあらかじめヘリウムバブルを構築した10×10×10a_u(原子数2000個)のFeセルを構築し,同様の計算を行った。様々な条件を想定し,系統的に計算を進めていった結果,ヘリウムバブルを配置したセルにおいて従来のモデルを改善しうる結果が得られた。1980年代に構築された従来のモデルでは,
●原子空孔にヘリウムが捕獲されていく。
●ヘリウムの個数の増加によって周囲に格子間原子を放出し,バブルが成長する
●バブルサイズが大きくなると,格子間原子をまとめて押し出す。
ということがわかっていた。本研究のモデル計算により,ヘリウムバブル成長プロセスについて下記のあらたなメカニズムが明らかになった。
●バブル近域での結晶擾乱によってバブルが原子空孔を獲得し,サイズが成長する。
●バブル周囲ではより多くのダンベル型格子間原子を形成する。
●ダンベル型格子間原子がバブルに近づくと格子間原子の集合体が形成され,転位ループの核となる。