中性子回折を用いた一軸圧縮下にある岩石のひずみ測定

Strain measurements in rock samples using neutron diffraction

阿部 淳; 関根 孝太郎*; Harjo, S.   ; 伊藤 崇芳*; 有馬 寛; 相澤 一也  

Abe, Jun; Sekine, Kotaro*; Harjo, S.; Ito, Takayoshi*; Arima, Hiroshi; Aizawa, Kazuya

岩石材料を用いたひずみ解析は、ひずみゲージを用いたマクロスコピックな計測により行われているが、近年、X線や中性子線を用いて、原子レベルの変位量からひずみを解析するミクロスコピックな測定法が開発され、有力な手段になっている。これまでの中性子回折を用いたひずみ測定は、金属材料を対象にしたものが主であったが、本研究ではこれを岩石試料へ展開することを目指す。「匠」において一軸圧縮下にある岩石のその場ひずみ測定を行い、中性子回折により岩石中のひずみ測定が可能か検討した。中性子回折実験の結果、ひずみ解析可能な中性子回折パターンが観測され、圧縮応力の増加に伴い中性子回折ピーク位置が格子面間隔の小さい方へシフトするのが観測された。J-PARCの工学材料回折装置「匠」を用いて、中性子回折を用いた岩石中のひずみ測定が可能になった。これにより、従来の手法では測定が困難な岩石内部のひずみ解析が非破壊で行える。

Strain measurements using neutron diffraction are based on Bragg's law. Tensile or compressive stress causes change in lattice spacing, which results in peak shift of Bragg peak. Strain value can be derived from this peak shift value. Since neutron penetrate materials more than X-rays, the strain inside the material could be obtained nondestructively using neutron diffraction technique. While the stress measurements using diffraction technique has been focused mostly on metals, the application to geological materials was examined. The aim of this study is to develop neutron diffraction technique applicable to the geological materials. In situ strain measurement on specimens under uniaxial compression have been performed at "TAKUMI". Sufficient neutron diffraction patterns could be obtained. This indicates that the strain distribution in rocks is nondestructively measurable using "TAKUMI".