転位キンク・ダイナミクスのマルチスケール解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24740201
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 小林 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70560126)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 照射損傷 / 転位ループ / ヘリウムバブル

研究実績の概要

本研究の目的である，転位拡散メカニズムおよび拡散障壁エネルギーの高精度評価，また不純物による転位拡散への影響を調べるため，本プロジェクトを通してこれまでに開発したソフトウェア（量子古典ハイブリッド法 qmcl，nudged elastic band法 neb，および大規模並列分子力学法 pmd）を用いて以下の応用シミュレーションを行った．
（１）核融合炉の炉壁材料に期待されているタングステン材料内部におけるヘリウムバブルの形成および転位ループの生成，また転位ループ拡散およびヘリウム原子との相互作用による転位のピニングについて大規模分子動力学シミュレーションを行い，以下の新たな知見を得た．（イ）ヘリウムバブルサイズの温度依存性と，転位生成に寄与するバブルサイズのしきい値，（ロ）転位ループ拡散による孤立ヘリウムのトラップおよび新たなヘリウムバブル形成の促進．（この結果は核融合材料に関する標準的な論文誌Journal of Nuclear Materialsに掲載された．）
（２）鉄中らせん転位拡散への水素やヘリウムなどの不純物の影響を調べるため，転位芯近傍のみを量子論的に扱う量子古典ハイブリッド法および拡散障壁エネルギー計算のためのNEB法を用いたシミュレーションを行い，以下の知見を得た．（イ）ヘリウムは鉄原子との間に斥力相互作用しか働かず，転位拡散に対しては障壁エネルギーを高める障害となる．一方，水素は鉄から電子を受けとり陰イオンとして鉄中に存在し，転位芯近傍にトラップされ，転位拡散の障壁エネルギーを下げ，拡散を促進する働きをすることが明らかになった．

研究成果

• [雑誌論文] A molecular dynamics study on bubble growth in tungsten under helium irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryo KOBAYASHI, Tatsunori HATTORI, Tomoyuki TAMURA, Shuji OGATA
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 1 ページ: 1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hybrid simulation research on formation mechanism of tungsten nanostructure induced by helium plasma irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Arimichi Takayama, Yasuhiro Oda, Tomoyuki Tamura, Ryo Kobayashi, Tatsunori Hattori, Shuji Ogata, Noriyasu Ohno, Shin Kajita, Miyuki Yajima, Yasuyuki Noiri, Yoshihide Yoshimoto, Seiki Saito, Shuichi Takamura, Takahiro Murashima, Mitsutaka Miyamoto, Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 1 ページ: 1
  • 査読あり
• [学会発表] An MD study of self-induced bubble growth under He irradiation in Tungsten (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo KOBAYASHI, T. HATTORI, T. TAMURA, S. OGATA
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2014
  • 発表場所: 福岡大学
  • 年月日: 2014-08-27 – 2014-08-27
• [学会発表] QM/MM analysis of effect of hydrogen and helium on dislocation motions in BCC iron (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo KOBAYASHI, Tomoyuki TAMURA, Shuji OGATA
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25