Using the notion of eigenstrain produced by the defects formed in a material exposed to high energy neutron irradiation, we develop a method for computing macroscopic elastic stress and strain arising in components of a fusion power plant during operation. In a microstructurally isotropic material, the primary cause of macroscopic elastic stress and strain fields is the spatial variation of neutron exposure. We show that under traction-free boundary conditions, the volume-average elastic stress always vanishes, signifying the formation of a spatially heterogeneous stress state, combining compressive and tensile elastic deformations at different locations in the same component, and resulting solely from the spatial variation of radiation exposure. Several case studies pertinent to the design of a fusion power plant are analysed analytically and numerically, showing that a spatially varying distribution of defects produces significant elastic stresses in ion-irradiated thin films, pressurised cylindrical tubes and breeding blanket modules.
高エネルギー中性子照射に曝された材料中に形成される欠陥によって生じる固有ひずみの概念を用いて、運転中の核融合発電所の構成部品に生じる巨視的な弾性応力とひずみを計算する方法を開発する。微視構造的に等方性の材料では、巨視的な弾性応力・ひずみ場の主な原因は中性子被曝量の空間的変動である。無表面力境界条件下では、体積平均弾性応力が常にゼロになることを示す。これは、同じ部品内の異なる位置で圧縮性と引張性の弾性変形を組み合わせた、空間的に不均一な応力状態の形成を意味し、専ら放射線被曝量の空間的変動に起因する。核融合発電所の設計に関連するいくつかのケーススタディを解析的および数値的に分析し、空間的に変化する欠陥分布が、イオン照射された薄膜、加圧円筒管、増殖ブランケットモジュールに有意な弾性応力を生じさせることを示す。