小型中性子源を用いた鉄鋼材料の応力測定実現のための飛行時間型中性子回折測定手法の開発

Development of time-of-flight neutron diffraction technique based on compact neutron source for realizing the stress measurement of steel materials

岩本 ちひろ*; 栗原 諒*; 高村 正人*; 高橋 進*; 鈴木 康介*; 徐 平光   ; 大竹 淑恵*

Iwamoto, Chihiro*; Kurihara, Ryo*; Takamura, Masato*; Takahashi, Susumu*; Suzuki, Kosuke*; Xu, P. G.; Otake, Yoshie*

中性子回折測定は、鉄鋼材料に溶接加工や鍛造加工を施した際に発生する残留応力を非破壊かつ定量的に測定できる最適な手法である。小型中性子源による中性子回折測定の実現は、このような測定のものづくり現場でのオンサイト測定を可能にし、材料加工研究開発のさらなる加速要望に応えるために必須である。一方で、中性子回折による応力測定には、回折線ピークの微小なシフトを測定するために高い回折線測定分解能が必要である。回折線分解能向上のためには、チョッパー機構やポイズンモデレータなどの短パルス化デバイス導入が一般的である。しかしながら、これらのデバイスは、ビーム強度の低下に直結し、かつ追加遮蔽導入によるシステムの大型化にもつながるため、中性子ビーム強度の低い小型中性子源の現場導入を前提とした開発には不向きである。本研究では、線源より下流側で中性子ビームの長パルス化を引き起こす"遅延中性子"に着目し、中性子ビーム強度と回折線測定分解能の間のトレードオフの関係を打開するための2つの開発を行なった。ひとつは、遅延中性子の発生を防ぐ非結合型コリメータシステムの開発、もうひとつは遅延中性子による長パルス化の影響を分離できる新しい回折線フィッティング関数を導入した解析法である。理化学研究所の小型加速器中性子源RANSのビームラインで、これらの手法を取り入れて、S45C試料に応力を付加させた既知応力サンプルからの中性子回折線を測定した。その結果500MPaの圧縮応力を格子ひずみから同定することに成功した。

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