| 研究課題/領域番号 |
15K06429
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
海老原 健一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (40360416)
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| 研究分担者 |
鈴土 知明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (60414538)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 粒界脆化 / 粒界偏析エネルギー / 拡散レートモデル / キネティックモンテカルロ / 第一原理計算 / 分子動力学法 / 格子間リン原子 |
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| 研究実績の概要 |
構造材料における元素の粒界偏析エネルギーは粒界脆化機構を理解するうえで重要な物理量であるが、その値が実験による評価と第一原理計算による評価で大きく異なることが指摘されている。本研究では、その違いが実験による評価において粒界近傍の元素分布を適切に考慮していないことに起因するとの考えから、第一原理計算に基づく拡散レート方程式を用い元素の粒界拡散偏析を評価し、その仮説を検証することを目指している。
前年度、第一原理計算で得られたbcc鉄中のリンの移動モデルに基づくキネティックモンテカルロ計算で自己格子間原子対(SID)及び混合格子間対(MID)の拡散係数を評価した。また、MID、空孔、侵入型リン、それぞれの移動モードによる拡散を考慮した拡散レート方程式で粒界リン偏析を計算したところ、侵入型リンが粒界に偏析しないため、適切な粒界リン偏析量を評価できないことが明らかになり、その解決には、粒界におけるリンのトラップ・デトラップ過程の考慮が必要であることを明確にした。
上記の結果に基づき、今年度は、分子動力学計算を使ってリンの粒界でのトラップ・デトラップ過程を詳細に考察することとした。分子動力学計算コードとしてLAMMPSを整備した後、分担研究者からΣ3(111)対応傾角粒界の原子配置の提供を受け、その粒界や近傍にリン原子を設定した状態から、空孔、MID、侵入型リン、それぞれの移動モードによるリン移動挙動をシミュレーションした。さらに、粒界上での移動についても考察した。その結果、粒界におけるリンのトラップ・デトラップのシナリオが概ね明確になってきた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
粒界におけるリンのトラップ・デトラップ過程を拡散レートモデルに組み入れるためには、その過程の詳細な理解に基づくモデル化が必要であることが明らかとなったため、当初の研究計画では考えていなかった分子動力学計算を実施することとした。そのため、コードの整備や計算に時間を費やし、拡散レートモデルへのそれらの過程を組み入れるところまでいたっていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
分子動力学計算によって明らかになった粒界におけるリンのトラップ・デトラップ過程に基づきそれらのモデルを構築し拡散レート方程式に組み入れる。その後、リンの熱や照射による粒界偏析の計算を行い、粒界偏析量、偏析エネルギー、及び粒界周辺のリン分布関係を考察する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
申請時に予定していた計算機が別の予算で購入できたため、計画していた計算機購入予算を分子動力学計算の解析結果を可視化するための計算機を購入に当てたが、その購入費用が当初の計画した予算額より若干安価であった。また、今年度の国際会議への参加費用として昨年度の未使用分を当てた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
国内及び国際会議等への参加、計算結果の保存用のハードディスク購入に使用予定
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