報告書番号

Q13003

タイトル（和文）

溶質原子クラスター形成による原子炉圧力容器鋼の照射脆化機構の計算科学的検討－三元系鉄合金（FeCuMn, FeSiMn, FeNiMn）の転位芯構造と剛性率－

タイトル（英文）

Computational science study of nuclear pressure vessel irradiation embritlement caused by formation of solute atom clusters - Dislocation core structure and shear modulus of ternary iron alloy of FeCuMn, FeSiMn, and FeNiMn -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

中性子照射された原子炉圧力容器鋼では銅、ニッケル、マンガン、シリコンなどの元素からなる溶質原子クラスターが形成され、これにより鋼材の脆化が生じる。これまでの知見から、脆化量はクラスターの化学組成によらず体積率と良い相関を持つことがわかっている。しかしながら、照射量が増えるにつれてクラスターの組成が変化するため、脆化予測の高精度化のためには、溶質原子クラスターの化学組成と脆化への寄与の関係を詳細に検討する必要がある。本研究では、体心立方構造の鉄中に形成された溶質原子クラスターを想定し溶質原子が25%濃度で２種類入っている三元系の鉄合金（Fe-25Cu25Mn, Fe-25Mn25Si、Fe-25Mn25Ni）の剛性率と一般化積層欠陥エネルギーを計算した。さらにこれらの合金の転位芯構造を計算し、転位との相互作用について検討した。

概要 （英文）

Solute atom clusters enriched with Cu, Ni, Mn, and Si are formed in the reactor pressure vessel (RPV) steels of light water reactors irradiated by neutrons. The clusters become obstacles impeding the movement of dislocations, resulting in the embrittlement of RPV steels. Therefore, understanding the mechanism through which clusters of solute atoms interact with dislocations is important in order to correlate the changes in the microstructures of RPV steels with the mechanical properties of RPV steels. Generalized stacking fault energy, which represents the total change in energy when a crystal that is partly in the slip plane rigidly shifts, is a key parameter used to determine the structure and mobility of dislocations that run through a given metal crystal. We calculated from first principles the generalized stacking fault energies and shear modulus for the FeCuMn, FeMnSi, and FeMnNi ternary-iron-alloy crystals and used the fractional dislocation model to calculate the dislocation core structures in the crystals.

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