中性子回折法による材料工学研究と小型中性子源RANSへの期待

Expectation to compact neutron source RANS on neutron engineering researches

鈴木 裕士  

Suzuki, Hiroshi

中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を生かすことで、数センチメートルオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる唯一の測定技術として知られている。また、回折プロファイルの変化を解析することにより、ミクロひずみや集合組織、転位密度等のミクロ組織因子を定量的に評価することが可能である。これまでの中性子回折を利用した材料工学研究は、研究炉や加速器といった大型実験施設を必要としていた。大型施設から得られる高強度中性子線は魅力的ではあるが、産業利用の観点からは、いつでも気軽に利用できる環境が重要であり、常に手元で利用できる小型中性子源の役割が重要になる。これまでの小型中性子源RANSを用いた回折実験において、実験条件の最適化により1030分程度でも認識可能な回折パターンを得ることができた。また、現状でもオーステナイトとフェライトのニ相の回折パターンを分離するだけの分解能があることを確認した。まだ精度不十分であるが、光学系や解析方法の高度化を進めることにより、材料開発に重要なパラメータの一つである集合組織や残留オーステナイト量の測定が可能になると期待される。

Neutron diffraction is known to be a non-destructive and non-contact method which can measure stress and strain inside material with a few cm order depth. Furthermore, we can obtain microstructural factors such as a microstrain, a texture and a dislocation density by analyzing the diffraction profile. In general, large experimental facilities like JRR-3 or J-PARC have been required so far for carrying out the neutron engineering researches. Of course, the high quality and high intensity neutrons obtained from such large facilities are very attractive. However, the compact neutron source which we can use anytime is rather important for industrial users to develop their products. We have already confirmed that the recognizable diffraction pattern can be measured for 10 to 30 minutes by the diffraction experiment using the compact neutron source RANS. Moreover, the obtained diffraction pattern shows enough resolution to distinguish two different phases, i.e. austenitic and ferritic phases, in steel. It is still insufficient accuracy for applying this technique to the engineering researches; however, it is expected to apply the compact neutron source to the quantitative evaluations of texture and residual austenite, which is one of important parameters for materials design, by advancing the optical system as well as analysis method.