The energetics and kinetics regarding helium (He) cluster growth in bcc tungsten (W) are unveiled using combined techniques of molecular statics and molecular dynamics. The principal mechanisms accounting for the decrease of system potential energy are identified to be trap mutation, → cluster transformation, loop punching, coalescence between 1/2[1 1-1] and 1/2[1-1-1] loops, and loop capturing. The kinetic barriers associated with these key atomistic events are estimated. This work provides new insights into the complex yet intriguing atomistic evolution sequence of the He cluster and interstitial loop in W-based nuclear fusion materials under irradiation.
分子静力学と分子動力学の複合手法を用いて、体心立方（bcc）タングステンにおけるヘリウム（He）クラスター成長のエネルギー論と速度論を解明した。系のポテンシャルエネルギー低下の主なメカニズムとして、トラップミューテーション、1/2[1 1-1]と1/2[1-1-1]転位ループ間のクラスター変換、ループパンチング、およびそれらのループの合体と捕捉が特定された。これらの主要な原子過程に関連する運動障壁を見積もった。本研究は、照射下におけるタングステン基核融合材料中のHeクラスターと格子間原子ループの複雑かつ興味深い原子スケールでの進化過程に関する新たな知見を提供する。