Tungsten is the prime candidate material for the plasma facing divertor system and first wall armor of future nuclear fusion reactors. However, the understanding of the microstructural and chemical evolution of pure tungsten under neutron irradiation is relatively unknown, in part due to a lack of experimental data on this topic. Here, single crystal tungsten has been irradiated in the High Flux Isotope Reactor (HFIR) at Oak Ridge National Laboratory at a nominal temperature of 700–800 °C to damage levels of 0.1 and 1.8 displacements per atom (dpa). Inventory calculations of the neutron irradiation experiments have been used to track isotope generation and decay to inform atom probe tomography (APT) results in the determination of the transmutation-induced precipitate compositions. Furthermore, APT crystallography has been used to show the relationship between precipitates and matrix. The composition of the precipitates is shown to progress towards that of the σ-phase at the highest dose studied, with those precipitates lying along crystallographic planes similar to those of displacement-induced dislocations. This work also sets the framework for APT studies of materials that contain isotopic ratios far from those observed in the natural state.
タングステンは、将来の核融合炉におけるプラズマ対向ダイバータシステムおよび第一壁アーマーの主要候補材料である。しかしながら、中性子照射下におけるタングステンの微細組織および化学的進化の理解は比較的不十分であり、その一因はこのテーマに関する実験データの不足にある。本研究では、オークリッジ国立研究所の高中性子束同位体炉（HFIR）において、単結晶タングステンを公称温度700～800°Cで、0.1および1.8変位毎原子（dpa）の損傷レベルまで照射した。中性子照射実験のインベントリ計算を用いて、同位体生成および崩壊を追跡し、原子プローブトモグラフィー（APT）結果に基づく変位誘起析出物組成の決定に資した。さらに、APT結晶学を用いて、析出物とマトリックス間の関係を明らかにした。析出物の組成は、最高照射量においてσ相の組成へと進行することが示され、これらの析出物は変位誘起転位と類似した結晶学的面上に位置することが確認された。本研究はまた、天然状態で観察される同位体比から大きく乖離した同位体比を含有する材料に対するAPT分析の枠組みを構築するものである。