This paper describes the dynamics of helium clustering behaviour within either a nanometer-sized tendril of fuzz, or a half-space domain, as predicted by a reaction–diffusion model. This analysis has identified a dimensionless parameter, PΔ, which is a balance of the reaction and diffusion actions of insoluble He in a metal matrix and which governs the self-trapping effects of He into growing bubbles within a tendril. The impact of He self-trapping, as well as trapping caused by pre-existing traps in the form of lattice defects or clusters of impurities, within a half-space domain results in the formation of a densely packed layer of nanometer-sized bubbles with high number density. This prediction is consistent with available experimental observations in which a dense zone of helium bubbles is observed in tungsten, which are compared to estimates of the layer characteristics. Direct numerical simulation of the reaction–diffusion cluster dynamics supports the analysis presented here.
本論文は、反応拡散モデルによって予測される、ナノメートルサイズのテンドリル状ファズまたは半無限領域内におけるヘリウムクラスタリング挙動の動力学について述べる。この解析により、金属マトリックス内の不溶性Heの反応と拡散のバランスを表す無次元パラメータPΔが同定され、テンドリル内で成長するバブルへのHeの自己トラッピング効果を支配することが示された。半無限領域内において、Heの自己トラッピングおよび格子欠陥や不純物クラスターの形態で存在する既存トラップへのトラッピングの影響は、高い数密度を有するナノメートルサイズのバブルからなる高密度層の形成をもたらす。この予測は、タングステンにおいて高密度のヘリウムバブルゾーンが観察された既存の実験結果と一致し、層特性の推定値と比較される。反応拡散クラスター動力学の直接数値シミュレーションは、ここで提示された解析を支持するものである。