Material development in lead-bismuth spallation target system

鉛ビスマス核破砕ターゲットシステムにおける材料開発

菊地 賢司; 斎藤 滋   ; 濱口 大; 手塚 正雄; 大林 寛生  

Kikuchi, Kenji; Saito, Shigeru; Hamaguchi, Dai; Tezuka, Masao; Obayashi, Hironari

ADSビーム窓の耐久性を評価する研究開発を、陽子照射後試験、及び3つの鉛ビスマスループ試験により実施した。陽子照射実験の結果、オーステナイト鋼の延性は低下し、耐力は増加した。8-9Cr鋼は、他の研究所のデータによれば、照射量の増加とともに破壊モードが脆性に遷移した。疲労データは現在取得中である。いずれも組織観察の結果、母材中に多数のバブルの生成が確認された。ナノスケールの観察結果と機械的試験結果の関連は調査中である。腐食試験ループでの材料試験では、流動の影響を反映したと見られる腐食が観察された。この現象を理解するため、超音波ドップラー法による鉛ビスマス流動の可視化を試み、まず超音波を透過するために必要な材料表面の濡れ性付与技術を手に入れた。今後局所の流れ場の調査を行う予定である。熱流動試験ループでは、ビーム窓の熱伝達性能を知るため、大流量試験を行った。実験式を定式化した結果、ビーム窓の熱応力の大きさを評価可能になった。

R&Ds to know materials performance and its limit for usage applying to the beam window of ADS are conducted by irradiation material test and lead bismuth flowing loop tests. Proton irradiation experiment showed ductility reduction and off-set stress increase in austenitic steels. Fracture mode change in ferritic-martensitic steels, 8-9 Cr steels. Fatigue test is under way in the hot cell. Microstructure analyses found that many bubbles exist in the materials. The relation between mechanical strength and nano-scale observation results is studied now. Corrosion of the materials under the lead bismuth flows showed local erosion-corrosion. A visualization technique has developed by using ultrasonic Doppler method and surface vitalizing techniques to inspect a local flow condition. Thermal fluid experiment was conducted to know heat transfer performance at the beam window, which will affect thermal loading magnitude. Experimental formula was established for design work.