Due to their low sputtering yield, low intrinsic tritium retention, high melting point, and high thermal conductivity, W and W alloys are promising candidates for the divertor region in a magnetic fusion device. Transmutation reactions under neutron irradiation lead to the formation of He and H particles that potentially degrade material performance and might lead to failure. High He fluxes ultimately lead to the formation and bursting of bubbles that induce swelling, a strong decrease in toughness, and a nanoscale microstructure that potentially degrades the plasma. Understanding the behavior of He in polycrystalline W is thus of significant importance as one avenue for controlling the material properties under operating conditions. This paper studies the interaction of substitutional He atoms with various grain boundaries in pure W and the effect of the He presence on the system response to external loading. We observe that He segregates to all the interfaces tested and decreases the cohesion of the system at the grain boundary. Upon tension, the presence of He significantly decreases the yield stress, which depends considerably on the bubble pressure. Increasing pressure reduces cohesion, as expected. More complex stress states result in more convoluted behavior, with He hindering grain boundary sliding upon simple shear.
スパッタ収率が低く、内部トリチウム保持が小さく、融点が高く、熱伝導率が高いことから、WおよびW合金は磁気核融合装置におけるダイバータ領域の有望な候補材料である。中性子照射下での核変換反応は、HeおよびH粒子の生成をもたらし、これらは材料性能を劣化させ、破損につながる可能性がある。高いHeフラックスは最終的にバブルの形成と破裂を引き起こし、スエリング、靭性の大幅な低下、およびプラズマを劣化させる可能性のあるナノスケールの微細構造を誘発する。したがって、多結晶WにおけるHeの挙動を理解することは、運転条件下で材料特性を制御する一つの手段として極めて重要である。本論文では、純W中の様々な粒界と置換型He原子との相互作用、および外部負荷に対する系の応答に対するHeの存在の影響を研究する。Heは試験したすべての界面に偏析し、粒界における系の凝集力を低下させることが観察された。引張時には、Heの存在は降伏応力を有意に低下させ、その降伏応力はバブル圧力にかなり依存する。予想通り、圧力の増加は凝集力を低下させる。より複雑な応力状態はより複雑な挙動をもたらし、Heは単純せん断時の粒界すべりを妨げる。