Irradiation effects of ADS component materials on compatibility with liquid lead bismuth alloy

ADS材料における液体金属との共存性に及ぼす照射の効果

大久保 成彰   ; 藤村 由希

Okubo, Nariaki; Fujimura, Yuki

加速器駆動未臨界システム(ADS)では、核破砕中性子源及び炉心冷却材として、鉛ビスマス液体金属(LBE)を用いる。本研究では、ADS炉内機器候補材の一つであるSS316L鋼に対して、イオン照射後に鉛ビスマス中にて浸漬試験を行い、材料との共存性に及ぼす照射効果を評価した。照射温度450C、表面にて8dpaの損傷量までFeイオン照射した316L鋼を、飽和酸素濃度及び低酸素濃度に調整した450Cの鉛ビスマス中にてそれぞれ330時間浸漬し、断面SEM観察を行った。その結果、飽和酸素濃度の場合、照射部では、未照射部に比べて、酸化皮膜の厚さが約2倍となった。また、酸化皮膜が十分に形成しない低い酸素濃度環境において、照射により酸化皮膜形成が促進された。照射部では、450C照射により転位組織やボイド等が形成される。450CというLBE中浸漬温度によりボイドは空孔へ熱分解し、FeやCr等の空孔拡散を促進する。照射誘起偏析モデルからおおよそ粒径程度(数10m)拡散すると見積もられ、酸素は格子間原子と置換し、酸化反応と相まって内方拡散が助長される。以上から、照射部では、照射欠陥によりFeの外方拡散が進むことになり、低い酸素濃度のLBE中でも、酸化皮膜が形成したと考えられる。

The accelerator driven system (ADS) adopts a liquid metal of lead-bismuth eutectic (LBE) as a coolant and also spallation target to produce high energy neutrons. In this study, irradiation effect on the corrosion behavior was evaluated for the compativility of 316L stainless steel, which is candidate material of ADS target window, through the immersion test under LBE with saturated and low oxygen concentration followed by ion irradiation experiment. In the case of soaking in LBE with saturated oxygen concentration for SS316L steels at 450C, 330 hrs, non-irradiated region did not show clear oxide layer, however, irradiated region showed bi-layers of magnetite and spinel type oxides. The formation rate of oxide layer for irradiated region was about twice faster than that of non-irradiated region. This result suggests that diffusion behavior after irradiation and mass transfer in the interface between LBE and steel surface is important for understanding of irradiation effect on liquid metal corrosion.