This study employs an integrated experimental–numerical approach to assess the microstructural evolution of irradiation-induced defects in tungsten (W), which is being considered for fusion applications. A cluster dynamics (CD) model is utilized, and simulations are performed for irradiated disk-shaped compact tension W specimens. Experimental results indicate that the primary irradiation-induced defects in W at temperatures of 400 °C and 600 °C include dislocation loops (½<111> and <100>) and voids. Both experimental and CD results reveal that, at higher temperatures, the ½<111> loop population surpasses that of <100> loops, primarily due to the higher formation free energy of <100> loops compared to ½<111> loops. Given the high mobility of ½<111> loops in W, in the absence of traps, most ½<111> loops are absorbed by sinks or coalesce with <100> loops, leading to a reduced ½<111> loop population, as supported by the CD model. However, the introduction of traps results in an increased ½<111> loop population. The long-term evolution of loops demonstrates that the interaction between ½<111> and <100> loops facilitates the transfer of self-interstitial atoms between loops with different Burgers vectors, causing shifts in the populations of both loop types. The CD model reliably predicts the irradiation-induced microstructure in neutron-irradiated W, considering loops, voids and C15 clusters, while integrating the current state-of-the-art knowledge on radiation damage evolution and W energetics.
本研究は、照射誘起欠陥の微細構造発展を評価するために、実験と数値計算を統合したアプローチを用いる。核融合応用が検討されているタングステン（W）を対象とする。クラスターダイナミクス（CD）モデルを利用し、照射された円盤状コンパクトテンションW試験片についてシミュレーションを実施した。実験結果は、400 °Cおよび600 °Cの温度におけるW中の一次照射誘起欠陥が、転位ループ（½<111>および<100>）とボイドを含むことを示している。実験結果とCD結果の両方から、高温では、<100>ループの形成自由エネルギーが½<111>ループよりも高いことに主に起因して、½<111>ループの個数密度が<100>ループのそれを上回ることが明らかになった。W中での½<111>ループの高い移動度を考えると、トラップがない場合、ほとんどの½<111>ループはシンクに吸収されるか、<100>ループと合体し、その結果½<111>ループ個数密度は減少するが、これはCDモデルによって支持されている。しかし、トラップの導入により½<111>ループ個数密度は増加する。ループの長期的な発展は、½<111>ループと<100>ループの間の相互作用が、異なるバーガースベクトルを持つループ間での自己格子間原子の移動を促進し、両方のループタイプの個数密度に変化を引き起こすことを示している。CDモデルは、ループ、ボイド、C15クラスターを考慮し、放射線損傷発展とWのエネルギー論に関する現在の最先端の知識を統合しながら、中性子照射されたWにおける照射誘起微細構造を確実に予測する。