Tungsten is a prime candidate as the divertor material of the ITER and DEMO reactors, which would be exposed to unprecedentedly high-flux plasmas as well as neutrons. For a better characterization of radiation damages in the tungsten under the divertor condition, we examine influences of super-saturated hydrogen on vacancies in the tungsten. The present calculations based on density functional theory (DFT) reveal unusual phenomena predicted at a super-saturated hydrogen concentration: (1) strongly enhanced vacancy concentration with the super-saturated hydrogen concentration is predicted by a thermodynamics model assuming multiple-hydrogen trapping, i.e. hydrogen clusters formation, in the vacancies; and (2) DFT molecular dynamics revealed that hydrogen clusters can prevent a vacancy from recombining with the neighboring crowdion-type self-interstitial-atom. This suggests that neutron damage effects will be increased in the presence of the hydrogen clusters.
タングステンは、ITERおよびDEMO炉のダイバータ材料として主要な候補であり、前例のない高フラックスプラズマおよび中性子に曝露されることになる。ダイバータ条件下でのタングステンにおける放射線損傷のより良い特性評価のために、タングステン中の空孔に対する過飽和水素の影響を検討する。密度汎関数理論（DFT）に基づく今回の計算により、過飽和水素濃度において予測される特異な現象が明らかになった：（1）熱力学モデルにより、空孔中での多重水素捕捉、すなわち水素クラスター形成を仮定すると、過飽和水素濃度に伴って空孔濃度が強く増加することが予測される；（2）DFT分子動力学により、水素クラスターが隣接するクラウディオン型自己格子間原子との空孔の再結合を妨げ得ることが明らかになった。これは、水素クラスターの存在下では中性子損傷効果が増大することを示唆している。