We have investigated the effects of Re on the behaviors of H in W as well as their interaction with point defects using a first-principles method in combination with thermodynamic models. It is clearly found that the influence of Re on H is directly related to the distribution of Re in W. For the state of Re dispersed distribution, both a single Re and its complexes with point defects have very slight effect on H dissolution and retention in W. However, the influence of Re clusters (for the state of Re aggregation) on H is extraordinary stronger than that of a single Re. The retention of H in W can be significantly decreased by Re clusters, and their influences will be enhanced with the increasing of the number of Re atoms. This can be attributed to the electronic interaction between H and Re/W, in which the repulsion of Re–H is stronger than that of W–H. We have further examined the retention of H at different temperature in W based on the Polanyi–Wigner equation. It is found that a Re4-vacancy complex can only accommodate 4 H atoms at room temperature, ~33% lower than the maximum number of H atoms in a mono-vacancy. These results give a reasonable interpretation for the experimentally observed D retention significantly decreasing in damaged W–Re alloy in comparison with that in damaged pure W. Consequently, our calculations provide a good reference for evaluating the influence of Re on the performance of W-PFM.
我々は、第一原理法と熱力学モデルを組み合わせて、W中のHの挙動に対するReの影響、およびそれらと点欠陥との相互作用を調査した。ReがHに及ぼす影響は、W中のReの分布に直接関連することが明確に判明した。Reが分散分布する状態では、単一のReおよびその点欠陥との複合体は、W中のHの溶解と保持にごくわずかな影響しか及ぼさない。しかしながら、Reが凝集分布する状態（Reクラスター）では、Hに対する影響は単一のReよりもはるかに強い。ReクラスターはW中のHの保持を有意に減少させることができ、その影響はRe原子数の増加に伴って強化される。これは、HとRe/Wの間の電子相互作用に起因し、Re–Hの反発はW–Hの反発よりも強い。さらに、Polanyi–Wigner方程式に基づいて異なる温度でのHの保持を検討した結果、Re4-空孔複合体は室温で最大4個のH原子しか収容できず、これは単一空孔の最大収容数（約6個）と比較して約33%低い。これらの結果は、損傷したW–Re合金における実験的に観測されたD保持量の減少を合理的に説明するものであり、W-PFMの性能に対するReの影響を評価するための有益な参考情報を提供する。