過剰格子欠陥存在下での粒界近傍の溶質拡散ダイナミクス

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高速増殖炉、軽水炉などの核分裂型原子炉や、将来実用化が期待される核融合炉における照射損傷は、炉材料の使用にあたり主要な問題点である。特に相安定性に関わる照射誘起偏析現象は、結晶粒界の溶質の偏析を通して照射脆化に結び付き、またボイド表面での偏析、母相での溶質濃度の変化からボイド形成に影響する可能性が指摘されている。現在までいくつかの偏析モデルが提唱されてきたが、実用材料を念頭とした照射研究に応用された例は少ない。本研究では計算コードを開発し、ステンレス鋼の粒界近傍における過剰点欠陥の容質拡散として照射誘起偏析の定量的予測を行なった。具体的には、本研究室所有の超電圧電子顕微鏡による1MeV電子線照射をおこない材料中(Fe-Cr-Ni)の2次欠陥の密度測定、粒界近傍の濃度分布分析、拡散係数等必要な物性値を見積もる。i)拡散方程式による計算照射下での連立した拡散方程式をたて、これを解くことにより各場所での元素の濃度の経時変化を調べる。この時各元素とさらに点欠陥(原子空孔と格子間原子)の濃度も併せて調べる。非線形の連立微分方程式を数値計算により解く。(逆)カ-ケンドール効果を取り入れた連立速度式によりFe-Cr-Ni合金の粒界近傍での照射誘起偏析のモデル計算を行った。本計算結果は超高圧電子顕微鏡(1MeV)を用いたシュミレーション実験より得られた照射量、温度、損傷速度の変化に伴う誘起偏析の変化と、濃度分布を概ね説明している。中性子照射などの高エネルギー粒子による照射でも、照射誘起偏析によりステンレス鋼の粒子近傍(<〜10^<-1>μm)でNiの濃度とCrの枯渇が起こると考えられる。より確実な相関則を得るためには,実験等による各種パラメータの確認が必要であることを明らかにした。