Experimental works show that there are plenty of disclinated non-equilibrium grain boundaries (GBs) in polycrystalline materials obtained by the severe plastic deformation method. How these GBs affect the irradiation-induced defects is still an open question. In the present work, molecular dynamics simulation was used to investigate the interaction between disclinated non-equilibrium GBs and irradiation-induced interstitial/vacancy in tungsten. There exists a long-range stress field around the disclinated non-equilibrium GBs. Such a long-range stress field leads to strong interaction between interstitial/vacancy and the GB. The interaction energy calculations suggest that interstitial and vacancy can be attracted strongly by non-equilibrium GBs containing negative and positive disclinations, respectively. This unique interaction behavior is further confirmed by diffusion of interstitials/vacancies near these GBs. The present work clearly demonstrates that disclinated non-equilibrium GBs are stronger irradiation-induced defect sinks than their equilibrium counterparts. So increasing the proportion of disclinated non-equilibrium GBs may be an effective way to develop new-generation irradiation-resistant materials.
実験的研究により、強加工法によって得られた多結晶材料には、多くの非平衡粒界が存在することが示されている。これらの粒界が照射誘起欠陥にどのような影響を及ぼすかは、未だ未解明の課題である。本研究では、分子動力学シミュレーションを用いて、非平衡粒界とタングステン中の照射誘起格子間原子・空孔との相互作用を調査した。非平衡粒界の周囲には長距離応力場が存在する。このような長距離応力場は、格子間原子・空孔と粒界との間に強い相互作用をもたらす。相互作用エネルギーの計算結果から、負の転位を有する非平衡粒界は格子間原子を強く引き付け、正の転位を有する非平衡粒界は空孔を強く引き付けることが示唆される。この特異な相互作用挙動は、これらの粒界近傍における格子間原子・空孔の拡散によってさらに裏付けられた。本研究は、非平衡粒界が平衡粒界よりも強力な照射誘起欠陥のシンクであることを明確に実証している。したがって、非平衡粒界の割合を増加させることが、次世代の耐照射材料を開発するための有効な方法となり得る。