| 研究課題/領域番号 |
24561044
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
鈴土 知明 独立行政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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| 研究分担者 |
山口 正剛 独立行政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 (50360417)
都留 智仁 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究員 (80455295)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 国際情報交換 |
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| 研究概要 |
理論解析から推定される転位バイアス因子が実験から得られる同値に比較して過大評価される問題は以前から指摘されてきており、その乖離を埋める新しい理論作りのための研究を開始した。
「経験ポテンシャルによる解析」では計画に沿ってbcc金属(Fe)およびfcc金属(Cu)において転位を含ませた系を構築した。Cuでは系に格子間原子および空孔を入れて刃状転位による吸収のトラジェクトリ観察を行った。またFeでは、転位付近でdumbbellからcrowdionへ変化することを確認し、刃状転位近辺で格子間原子の吸収半径の測定を行った。
「第一原理計算」では申請時において刃状転位のひずみを近似的挿入した系を取り扱う予定であったが、さらに難易度を上げて転位そのものを含んだ系を3種類のbcc金属（W, Mo, V）において計算法の工夫により作成することに成功した。ただし、非常に計算の負荷が大きいため、それらの系を利用した格子間原子の安定性や移動については次年度以降に持ち越しとなった。また、上記に新たに作成された系は転位運動の研究などにも応用できるなどの波及効果が期待される。
「キネティックモンテカルロ法」では計画に従って応力下での格子欠陥の拡散をシミュレートするコードを開発した。また、このコードをオークリッジ国立研究所のGolubov博士らの拡散方程式の結果から検証した。さらに次年度の予定を繰り上げ、dumbbellからcrowdionへの変化の転位バイアス因子への影響を調査した。その結果、dumbbellからcrowdionへ変化は転位への吸収をわずかに遅らせる可能性はあるが、転位バイアス因子を有意に下げる効果がないことが明らかになった。これは、1990年代に日本の照射材料の研究者らが提唱していたシナリオの反証となり、結果を国際会議(TMS2013)で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
「経験ポテンシャルによる解析」ではほぼ計画通りに研究を行うことができた。また、「第一原理計算」では計算法の工夫により転位を直接扱うことができるようになり予想以上の成果があがった。「キネティックモンテカルロ法」では、「格子間原子の方向変化によって転位バイアス因子を下がる」という過去の研究者たちの仮説を3年かけて詳細に検討しようと考えていた。しかしながら、「研究実績の概要」で記述したように、同因子を下げる効果はほとんど期待できないことが明らかになった。これはこのプロジェクトによって初めて明らかになった成果である。しかしながら、転位バイアス因子の理論推定値が実験間観測値から大きく乖離する原因は依然不確定なままである。
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| 今後の研究の推進方策 |
「研究実績の概要」にあるように過去の研究者が提唱したシナリオが破綻したため、我々は当初予定していた「格子間原子の方向変化によって転位バイアス因子を下がる」というシナリオベースの研究から、探究型の研究に変更する必要が出てきた。すなわち、我々は当年度で格子間原子の運動をかなり詳細に調べておりその計算を第一原理計算から得られたデータなどで高精度化しても大きく異なった結果が出るとは考えにくく、何らかの発想の転換が必要である。我々はまだ空孔が転位に吸収されるダイナミクスを詳細には調べていないのでこれを行う必要がある。特に、空孔拡散の時定数では転位自体の運動も考慮しなくてはならず、転位の運動が転位バイアス因子を下げる効果については我々の知る範囲では詳細な解析の報告がない。今後はこの効果を研究の主要なシナリオに据えて、転位と点欠陥の相互作用のシミュレーションを行っていく。また、これまでほとんど行われていない第一原理計算で刃状転位を研究する基盤ができたため、今後はこれをベースに刃状転位の運動などを解析し、転位と点欠陥の相互作用のシミュレーションの高度化を行っていく。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
今年度の成果を国内および国際会議で発表するための旅費および参加に使用する。国内の学会は金属学会（金沢3日間ｘ1人、東京２日間ｘ１人）を予定している。また国際会議は米国材料学会参加（米国出張1週間ｘ１人）を予定している。
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