Understanding interaction between transmutation elements and helium is critically important for precisely predicting the performance of tungsten plasma facing materials in fusion reactors. The energetics of He interstitial clusters (Hen), He interstitial- rhenium (Re)/osmium (Os) substitutional clusters (HenResub/HenOssub), He interstitial-tungsten(W)/Re/Os interstitial clusters (HenIW/Re/Os), He-vacancy-Re/Os substitutional clusters (HenV1/2Resub/HenV1/2Ossub) and He-vacancy-W/Re/Os interstitial clusters (HenV1/2 IW/Re/Os) in bulk body-centered cubic tungsten were investigated by using first-principles calculations. The critical numbers of He required for the self-trapping and trap mutation reactions were calculated with/without a neighboring Re/Os substitutional as well as for the case of a neighboring W/Re/Os interstitial present, based on both dissociation and transformation mechanisms. The trapping effects of Re/Os substitutional or W/Re/Os interstitial on the mobile small Hen clusters were discussed.
核変換生成元素とヘリウムの間の相互作用を理解することは、核融合炉におけるタングステンプラズマ対向材料の性能を精密に予測するために極めて重要である。バルク体心立方晶タングステン中でのHe格子間クラスター(Hen)、He格子間-レニウム(Re)/オスミウム(Os)置換型クラスター(HenResub/HenOssub)、He格子間-タングステン(W)/Re/Os格子間クラスター(HenIW/Re/Os)、He-空孔-Re/Os置換型クラスター(HenV1/2Resub/HenV1/2Ossub)、およびHe-空孔-W/Re/Os格子間クラスター(HenV1/2 IW/Re/Os)のエネルギー特性を、第一原理計算を用いて調べた。自己捕獲反応およびトラップミューテーション反応に必要なHeの臨界数を、隣接するRe/Os置換型原子がある場合とない場合、および隣接するW/Re/Os格子間原子が存在する場合について、解離機構と変態機構の両方に基づいて計算した。移動可能な小型Henクラスターに対するRe/Os置換型原子またはW/Re/Os格子間原子の捕獲効果について考察した。