Body-centered cubic (BCC) multi-principal element alloys (MPEAs) have emerged as promising structural materials for fusion reactors due to their exceptional resistance to irradiation-induced damage. Yet, the atomic-scale mechanisms underlying this superior performance remain elusive. Here, we employ large-scale atomistic simulations to elucidate how chemical complexity regulates helium (He) bubble evolution in W-based MPEAs. We find that reduced bubble pressure in chemically complex alloys suppresses dislocation loop punching, a primary driver of fuzz formation in pure W, thereby stabilizing the subsurface microstructure. This suppression is governed by two synergistic mechanisms: (i) thermodynamic heterogeneity that broadens defect energy distributions and lowers cluster binding energies, limiting the tendency formation of large loops, and (ii) lattice distortion arising from atomic size mismatch, which disrupts glide continuity and immobilizes loops near their nucleation sites. In addition, element-specific segregation patterns emerge around bubbles, reflecting kinetic asymmetries that may further stabilize local defect configurations. Collectively, these insights establish that suppressed loop punching via reduced bubble pressure is the central mechanism underlying enhanced radiation tolerance in W-based MPEAs. Beyond mechanistic understanding, our results provide clear design principles: thermodynamic tuning of defect energetics, controlled structural distortion to pin dislocation loops, and kinetic balance in solute selection. This work charts a pathway toward designing radiation-tolerant alloys for extreme fusion environments.
体心立方格子(BCC)多主元素合金(MPEAs)は、照射誘起損傷に対する卓越した耐性により、核融合炉用の有望な構造材料として登場してきた。しかし、この優れた性能の根底にある原子スケールのメカニズムは依然として解明されていない。ここでは、大規模原子シミュレーションを用いて、W基MPEAsにおける化学的複雑性がヘリウム(He)バブルの進化をどのように制御するかを解明する。我々は、化学的に複雑な合金におけるバブル圧力の低下が、純Wにおけるファズ形成の主要な駆動力である転位ループの打ち出しを抑制し、それによって表面下の微細組織を安定化させることを見いだした。この抑制は、2つの相乗的メカニズムによって支配されている：(i) 欠陥エネルギー分布を広げ、クラスター結合エネルギーを低下させ、大きなループの形成傾向を制限する熱力学的不均一性、および (ii) 原子サイズの不一致に起因する格子歪みであり、これはすべりの連続性を乱し、ループをその核生成サイト近傍で不動化する。さらに、元素特異的な偏析パターンがバブル周囲に出現し、局所欠陥構造をさらに安定化させる可能性のある速度論的不対称性を反映している。総合すると、これらの知見は、バブル圧力低下を介したループ打ち出しの抑制が、W基MPEAsにおける放射線耐性向上の根底にある中心的なメカニズムであることを確立する。機構的理解を超えて、我々の結果は明確な設計原則を提供する：欠陥エネルギー論の熱力学的調整、転位ループをピン留めするための制御された構造歪み、そして溶質選択における速度論的バランス。この研究は、極限核融合環境向けの放射線耐性合金の設計に向けた道筋を描くものである。