On the onset of void swelling in pure tungsten under neutron irradiation: An object kinetic Monte Carlo approach

Abstract

We propose an object kinetic Monte Carlo (OKMC) model for describing the microstructural evolution in pure tungsten under neutron irradiation. We here focus on low doses (under 1 dpa) where transmutation can be neglected. The emphasis is mainly centred on an adequate description of neutron irradiation, the subsequent introduction of primary defects, and their thermal diffusion properties. Besides grain boundaries and the dislocation network, our model includes the contribution of carbon impurities, which are shown to have a strong influence on the onset of void swelling. Our parametric study analyses the quality of our model in detail, and confronts its predictions with experimental microstructural observations with satisfactory agreement. We highlight the importance for an accurate determination of the dissolved carbon content in the tungsten matrix, and we advocate for accurate description of atomic collision cascades, in light of the sensitivity of our results with respect to correlated recombination.

Advanced atomistic models for radiation damage in Fe-based alloys: Contributions and future perspectives from artificial neural networks

“…with a more complex composition, and in Ref. [67] for W-C systems. In both cases, however, the only objects explicitly treated were point-defects and their clusters.…”

Object Kinetic Monte Carlo simulation of hydrogen clustering behaviour with vacancies in tungsten

“…G. Valles et al [9] investigated the H retention in W with their own OKMC code. Castin et al studied the microstructural evolution of W under low-dose neutron irradiation using the OKMC model [16]. Their results suggested that the size and density of voids as a function of irradiation dose and temperature were consistent with experimental observations [16].…”

Isochronal Annealing of Electron-Irradiated Tungsten Modelled by CD Method: 1D and 3DModel of SIA Diffusivity

“…Окремі вакансії, поодинокі власні міжвузельні атоми, а також вакансійні кластери (VC) з розміром до чотирьох розглядаються в якості рухомих об'єктів [1]. За даними електронної мікроскопії [2] та кінетичного моделюванням методом Монте-Карло [2,3], міжвузельні атоми у вольфрамі здійснюють 1D-міграцію, тоді як вільні вакансії та VC здійснюють 3D-міграцію. Для визначення ефекту розмірності дифузії міжвузельного атому модель КД для ОЦК залізу з домішками [4] модіфікується до вольфраму, легованого вуглецем.…”

“…Порівняння результатів симуляції методом КД для моделей з 1D дифузією та 3D дифузією міжвузельного атому з експериментальними даними про ізохронний відпал вольфраму, який опромінено електронами [21], підтверджує результати моделювання методом функціональної теорії щільності [7], експериментального дослідження методом просвічуючої мікроскопії [2] та методом Монте-Карло [2,3] щодо 1D дифузії міжвузельних атомів у вольфрамі.…”