In fusion reactors, plasma facing components (PFC) and, in particular, the divertor will be irradiated with high fluxes of low-energy (∼100 eV) helium and hydrogen ions. Tungsten is one of the leading candidate divertor materials for ITER and DEMO fusion reactors. However, the behaviour of tungsten under high dose, coupled helium/hydrogen exposure remains to be fully understood. The PFC response and performance changes are intimately related to microstructural changes, such as the formation of point defect clusters, helium and hydrogen bubbles or dislocation loops. Computational materials' modelling results are described here that investigate the mechanisms controlling microstructural evolution in tungsten. The aim of this study is to understand and predict sub-surface helium bubble growth under high flux helium ion implantation (∼1022 m−2 s−1) at high temperatures (>1000 K). We report results from a spatially dependent cluster dynamics model based on reaction–diffusion rate theory to describe the evolution of the microstructure under these conditions. The key input parameters to the model (diffusion coefficients, migration and binding energies, initial defect production) are determined from a combination of atomistic modelling and available experimental data. The results are in good agreement with results of an analytical model that is presented in a separate paper. In particular, it is found that the sub-surface evolution with respect to bubble size and concentration of the helium bubbles strongly depends on the flux and temperature.
核融合炉において、プラズマ対向機器（PFC）、特にダイバータは、低エネルギー（∼100 eV）のヘリウムイオンおよび水素イオンの高フラックス照射に曝されることになる。タングステンは、ITERおよびDEMO核融合炉の主要な候補ダイバータ材料の一つである。しかしながら、高フルエンスのヘリウム/水素複合照射下におけるタングステンの挙動は、未だ十分に理解されていない。PFCの応答および性能変化は、点欠陥クラスター、ヘリウム・水素バブル、転位ループなどの形成といった微細組織変化と密接に関連している。本稿では、タングステンにおける微細組織発展を支配するメカニズムを調査した計算材料モデリングの結果について述べる。本研究の目的は、高温（>1000 K）での高フラックスヘリウムイオン注入（∼10²² m⁻² s⁻¹）下におけるサブサーフェスでのヘリウムバブル成長を理解し予測することである。我々は、これらの条件下での微細組織の時間発展を記述するために、反応–拡散速度論に基づく空間依存クラスター動力学モデルによる結果を報告する。モデルの主要な入力パラメータ（拡散係数、移動エネルギーおよび結合エネルギー、初期欠陥生成率）は、原子論的モデリングと利用可能な実験データの組み合わせから決定される。結果は、別論文で提示される解析モデルの結果と良く一致する。特に、バブルサイズとヘリウムバブルの濃度に関するサブサーフェスでの発展が、フラックスと温度に強く依存することが見出された。