Снижение рекомбинации межузельных атомов и кластеров вакансий в металлах под действием водорода

Взаимодействие дефектов смещения определяет эволюцию повреждений от облучения в материалах и представляет большой фундаментальный интерес с важными практическими последствиями — от микроэлектронной промышленности до передовых ядерных систем. Водород, повсеместная примесь, известен своей склонностью к сегрегации в вакансии, однако его роль в изменении рекомбинации вакансий с межузельными атомами — ключевого процесса, лежащего в основе аннигиляции дефектов — не была установлена. Здесь на примере вольфрама как модельной системы мы показываем, что адсорбция водорода на внутренних поверхностях кластеров вакансий существенно подавляет рекомбинацию с самосмещёнными атомами (self-interstitial atoms), тем самым препятствуя аннигиляции дефектов. Мы выявляем механизм, опосредованный напряжением, при котором адсорбция водорода трансформирует локальное поле напряжений вблизи кластеров вакансий, ослабляя их дальнодействующее притяжение к самосмещённым атомам. На основе этого механизма мы разрабатываем предсказательную модель, которая количественно связывает относительное уменьшение радиуса рекомбинации с плотностью водорода на внутренней поверхности, независимо от размера кластера. Интегрируя атомистическую параметризацию с многомасштабными моделями, мы исследуем совместную эволюцию водорода и дефектов смещения, что демонстрирует количественное согласие с недавними экспериментами, включая удержание, распределение и десорбцию изотопов водорода. Наши результаты устанавливают прямую связь между взаимодействиями примесей и дефектов и рекомбинацией дефектов, предоставляя физически обоснованную основу для понимания и контроля повреждений от облучения в конструкционных материалах.