Mechanical properties of pure tungsten and tantalum irradiated by protons and neutrons at the Swiss spallation-neutron source

スイスの核破砕中性子源SINQで照射されたWとTaの機械的特性

斎藤 滋   ; 鈴木 和博; 小畑 裕希; Dai, Y.*

Saito, Shigeru; Suzuki, Kazuhiro; Obata, Hiroki; Dai, Y.*

固体ターゲットを用いる核破砕中性子源のターゲット材料及び被覆材料は、高エネルギー陽子及び核破砕中性子の照射により損傷を受ける。核破砕条件における材料の照射損傷特性を明らかにするために、スイスのPSIを中心として核破砕ターゲット材料照射プログラム(STIP: SINQ Target Irradiation Program)が進行中である。本プログラムでは、PSIの加速器で各種材料を580MeVの陽子で照射し、参加国がPIEを分担して行っている。原子力機構も照射試料の一部を輸送し、照射後試験を行った。本発表ではSTIP-II試料の中からWとTaの引張り試験の結果を報告する。これらの試料の照射条件は照射温度が130-380C、はじき出し損傷量が10.2-35.0dpaであった。引張り試験の結果、WのうちW-Polyは照射によって脆化し、伸びがほぼ0で、弾性域で破断した。W-Sinは10.2dpa照射後も全伸び約6%を示し、延性を保っていた。Taは、10.3dpa照射試料が0.7-2.6%の全伸びを示したほかは伸びがほぼ0で、弾性域で破断した。

In this study, a post-irradiation examination of pure tungsten (W) and tantalum (Ta) specimens irradiated at the Swiss Spallation-Neutron Source is conducted. W is used as a potential candidate for a solid spallation-target material owing to its favorable properties. However, W also suffers from several disadvantages such as poor corrosion resistance to water coolant and irradiation embrittlement. To improve these properties, cladding technologies using Ta for W alloys have been developed. In the present study, we investigated the irradiation effects on two tungsten materials, poly-crystal W (W-Poly) and single-crystal W (W-Sin), along with pure polycrystalline Ta. The tensile-test results revealed that W-Poly exhibited almost no ductility after irradiation of 10.2-35.0 dpa. W-Sin was irradiated up to 10.2 dpa and demonstrated 6% of total elongation (TE). With regard to Ta, TE decreased based on the increase in irradiation, reaching almost zero at doses of more than 10.3 dpa.