微細組織変化に基づく原子炉構造材料の機械的特性変化予測手法構築に関する研究

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構造材料の健全性を保つためには材料中ミクロ組織発達の包括的理解が重要であり，そのために分子動力学法を用いたモデリングによるアプローチが従来広く用いられてきた．しかし結晶欠陥の拡散挙動を伴うような数ナノ秒以上の時間スケールで発生する現象の分子動力学法によるモデル化は計算コストの観点から現実的ではなく，この時間スケールのギャップを原子スケールの精度を保持したまま橋渡しする技術の開発・発展が強く望まれている．また前年度には分子動力学法と同等の精度を有するメゾ時間スケール計算手法であるSelf-evolving atomistic kinetic Monte Carlo（SEAKMC）法の高速化を行い，これによりオリジナル手法と比較して約100倍の高速化に成功した．しかしkinetic Monte Carlo法が一般的に抱えるFlicker eventsの問題に関しては未対策のままであり，上記手法が適用できないメゾ時間スケール現象が存在することが課題であった．以上を踏まえ当年度の研究では最適化手法を用いたミクロ組織安定状態再現手法の開発を行った．開発手法を面心立方金属中に形成した自己格子間原子クラスタに適用した結果，初期状態では不安定形状だったクラスタが複雑な原子拡散挙動を経て安定形態に変換する様子が確認された．さらに同クラスタに対してSEAKMC法を適用したところFlicker eventsの影響により安定形態変換過程が再現されなかった．これはすなわち本開発手法がFlicker eventsの影響を軽減できていることを意味する．本開発手法は原子スケールの精度，メゾ時間スケール性，計算コストの低さを併せ持つ画期的なものであり，工学的価値が極めて高いと言える．