耐熱セラミックス複合材料の照射試験,2; 第2次(98M-41A),第3次(99M-30A)予備照射試験中間報告

馬場 信一; 根本 誠*; 相沢 静男; 山地 雅俊*; 石原 正博; 沢 和弘

JAERI-Tech 2005-055, 157 Pages, 2005/09

JAERI-Tech-2005-055.pdf:19.06MB

高温工学試験研究炉(HTTR)を用いた高温工学に関する先端的基礎研究の課題の1つとして「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷効果に関する研究」のため、材料試験炉を用いて一連の予備照射試験を進めている。本報告は、このうちの第2次及び第3次の照射試験について記載したものである。両試験の照射温度は973K-1173K及び1273K-1473K,高速中性子照射量110m( E1MeV)の照射条件のもとで行った試料について、直径寸法の基本統計値,寸法変化及び熱膨張率の結果について報告する。

黒鉛熱伝導率に関するアニーリング効果の予備検討及びアニーリングデータ測定試験方法の検討(受託研究)

角田 淳弥; 中野 正明*; 辻 延昌*; 柴田 大受; 石原 正博

JAERI-Tech 2004-055, 25 Pages, 2004/08

JAERI-Tech-2004-055.pdf:4.25MB

高温ガス炉の炉心構成要素や炉内構造物に用いられる黒鉛材は、運転中の中性子照射により熱伝導率が大きく低下するが、減圧事故等の事故時に高温に加熱されるとアニーリング効果によって熱伝導率の回復現象を生じることが知られている。このため、保守性の観点から現状の燃料最高温度評価では考慮していないこのアニーリング効果を定量的に考慮することにより、事故時の炉心温度挙動評価の高精度化が図られ、高温ガス炉機器の健全性評価手法の高度化を達成することが可能となる。そこで本研究では、高温ガス炉の炉心温度に及ぼす黒鉛熱伝導率に関するアニーリング効果の影響について解析的な検討を行い、アニーリング効果によって、減圧事故時の燃料最高温度の解析値が約70C低くなることを示した。これにより炉心の温度挙動解析において、アニーリング効果を適切に考慮することが重要であることが明らかになった。また、HTTRの黒鉛構造物のアニーリング効果を定量的に評価するために必要な試験方法について検討し、アニーリングデータの取得試験計画を検討した。

確率論的破壊力学コードPASCALの開発と使用手引き

柴田 勝之; 鬼沢 邦雄; Li, Y.*; 加藤 大輔*

JAERI-Data/Code 2001-011, 233 Pages, 2001/03

JAERI-Data-Code-2001-011.pdf:7.42MB

軽水炉構造機器の健全性に関する研究の一環として、平成8年度から確率論的破壊力学コードPASCAL(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR)の開発を行っている。このコードは、原子炉圧力容器に加圧熱衝撃(PTS: Pressurized Thermal Shock)等の過渡荷重が発生した場合の破損確率を解析するコードである。破壊力学の最新の知見や計算機性能の向上を踏まえ、新規解析法や詳細解析法の導入により解析精度と信頼性向上を図ることを目標に開発を進め、これまでにPASCAL-Version 1開発をおおむね完了している。本コードは、自動階層別モンテカルロ法、弾塑性破壊評価基準,半楕円亀裂の詳細進展評価機能,焼鈍効果の評価機能等に改良モデル等を導入していることが特徴的である。また、温度・応力分布作成用の専用入力データプロセッサーも用意している。ベンチマーク問題による検証解析及びケーススタディにより解析機能の検証を終えコードが良好に作動することを確認してる。本報告書は、上記開発経過を踏まえPASCALの使用方法と解析理論及び手法等をまとめたものである。

Thermal annealing of interface traps and trapped charges induced by irradiation in oxides of 3C-SiC metal-oxide-semiconductor structures

吉川 正人; 根本 規生*; 伊藤 久義; 奥村 元*; 三沢 俊司*; 吉田 貞史*; 梨山 勇

Mater. Sci. Eng., B, 47(3), p.218 - 223, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0921-5107(97)00034-2

3C-SiC MOS構造にCo線を照射したときに発生する界面準位量と固定電荷量の熱アニールによる減少挙動を高周波C-V法を用いて調べた。400Cまでの等時アニールを行うと、界面準位量及び固定電荷量は減少した。界面準位の減少量については、3C-SiC/SiO界面のエネルギー準位に依存して変化することがわかった。これらの減少挙動を化学反応速度式からみちびいた等時アニール式を用いて解析した所、界面準位量の減少は3種類の、固定電荷量は2種類の異なった活性化エネルギーの組合わせによって説明できることがわかった。Si MOS構造の照射によって発生する界面準位や固定電荷の熱アニールでは、このような複数の活性化エネルギーが認められないため、3C-SiC MOS構造の熱アニール挙動は、Si MOS構造のそれとは大きく異なっていると考えられる。

Restoration phenomena of Ti-Ni shape memory alloys in a neutron irradiation environment

星屋 泰二; 島川 聡司; 市橋 芳徳; 西川 雅弘*

Journal of Nuclear Materials, 191-194, p.1070 - 1074, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(92)90639-3

TiNi形状記憶合金の形状記憶特性を利用した原子力関連機器分野への応用開発が進められているが、形状記憶合金に及ぼす中性子照射の影響については明らかではない。照射環境下におけるTiNi形状記憶合金の使用条件を見出すため、3種類のTiNi形状記憶合金を様々な中性子フルエンス条件下で照射し、照射後等温・等時焼鈍後の電気抵抗測定を実施して、変態特性を調べた。さらに照射後の変形挙動を明らかにするために低温引張試験を行った。照射温度が520Kの場合、損傷量にかかわらずM温度の変化は小さく、未照射材のM温度に殆ど一致した。また323Kで照射すると、M温度は急激に低下したが照射後に523Kで焼鈍すると、照射前の変態温度に回復した。この回復温度は極めて低いHomologous温度(T/Tm;Tm融点)0.33に相当する。これら形状記憶合金特有の照射効果は照射下の規則-不規則変態に関する検討結果によって説明出来る。

Ti-Ni形状記憶合金の変態特性および機械的特性に及ぼす中性子照射の影響

星屋 泰二; 田昭 治*; 伊藤 治彦; 高村 三郎; 市橋 芳徳

日本金属学会誌, 55(10), p.1054 - 1062, 1991/10

http://joi.jlc.jst.go.jp/JST.Journalarchive/jinstmet1952/34.1054

中性子照射後(照射温度323K、速中性子照射フルエンス810m)の等原子比TiNi系形状記憶合金の変態特性、変形挙動及び硬度特性を遠隔操作型の電気抵抗測定装置・引張試験装置・硬度試験装置を用いて調べた。その結果、TiNi系合金のマルテンサイト変態開始温度(M)は照射によって100K近傍まで低下し、その低下量は200K以上であった。一方、R相変態開始温度(T)は照射前のそれと比較すると1Kから7K低温側に変化した。また、室温における破断応力及び破断歪(弾性歪を含む)は各々1300~1700MPa及び6~8%であった。さらに、引張試験において5%もの負荷歪が消失する特異な弾性挙動を見出した。TiNi系合金の中性子照射によって形成された原子変位は照射誘起不規則化を引き起こし、変態特性及び変形挙動に大きな影響を及ぼす。一方、523K、600s以上の照射後焼鈍によって規則化を促進して、損傷回復が起こる。

Damage production and annealing in ion-irradiated FCC metals

岩田 忠夫; 岩瀬 彰宏

Radiation Effects and Defects in Solids,Vol. 113, p.133 - 154, 1990/00

核融合炉材料の「ミクロ組織変化に及ぼす反跳原子エネルギースペクトル及び核変換の効果」ワークショップ(1988年3月、ルガノ市)における報告を論文にまとめたものである。面心立方金属(Al,Ni,Cu,Ag)に10K付近で~1MeV及び~100MeVの各種のイオンを照射したときの損傷生成率、照射アニーリング、ステージI回復を電気抵抗変化により測定し、それらの反跳原子エネルギー依存性及び電子励起依存性を調べた。~100MeVの重イオン照射の場合に、高密度電子励起に起因する損傷生成及び照射アニーリングを見出した。また、損傷生成及び照射アニーリングの解析をモデルを提案した。

Ion implantation, ion beam mixing, and annealing studies of metals in AlO, SiC and SiN

B.R.Appleton*; 楢本 洋; C.W.White*; O.W.Holland*; C.J.McHargue*; G.Farlow*; J.Narayan*; J.M.Williams*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, B1, p.167 - 175, 1984/00

イオンビーム解析法、透過電子顕微鏡観察等を用いて、金属元素イオンビームを注入したAlO,SiC,SiN等のセラミックスの構造解析を行った。熱焼鈍による照射欠陥の回復と注入イオンの母結晶格子中での存在状態の変化を系統的に調べ、機械的性質との対応づけを行った。

Ion implantation and thermal annealing of -AlO single crystals

楢本 洋; C.W.White*; J.M.Williams*; C.J.McHargue*; O.W.Holland*; M.M.Abraham*; B.R.Appleton*

Journal of Applied Physics, 54(2), p.683 - 698, 1983/00

https://doi.org/10.1063/1.332076

金属イオン打込みによる非平衡新材料物質作成の基礎的研究の一環として、熱処理による打込イオンの深さ分布変化、電荷、結晶学的位置、照射誘起欠陥の回復現象等を調べた。更にこれらの熱回復過程に対応した物理量として、Hardnessの変化を測定した。得られた結果は以下の通りである。(1)母体結晶の構成元素のAlとOxy、原子では格子欠陥の回復温度が異なる。(2)打込イオンのうちCrは熱処理により母体結晶格子に完全に取込まれ、Tiは表面近傍に再配列して0001方向に整合する酸化析出物を形成する。Zrイオンはいずれの方向に関しても母体結晶と整合性のない析出物を形成する。又、母体構成元素のOxy原子と強く結合して、酸素副格子の欠陥の回復を遅らせる。(3)Hardnessに対する寄与は、析出物を形成するTi,Zr打込の場合には大きく、一方Cr打込の場合には融液成長させたCrO-AlO合金と同一の値を示す。

放射線照射固体材質中のはじき出しカスケードの計算機シミュレーション・コード

朝岡 卓見; 田次 邑吉; 筒井 恒夫; 中川 正幸; 西田 雄彦; 中原 康明

JAERI-M 8178, 126 Pages, 1979/03

JAERI-M-8178.pdf:3.34MB

固体材質が放射線照射を受けると、一般に1次たたき出し原子ができ、はじき出し原子のカスケードが起こる。このカスケード過程を扱う計算コードとしてCASCADE/CLUSTERがあるが、本報では、これをFACOM用に変換すると共に、結晶格子中に作られた欠陥の図形出力ルーチンを付加した。また、同様なMARLOWEコードも整備した。このカスケード過程に続き、原子の熱振動による欠陥の回復過程がある。これを取り扱うコードとして、体心立方晶系に対してDAIQUIRIがあるが、本報では、これを改造し、面心立方晶系も扱えるようにした。更に、この熱振動による回復も考慮して常温材質の重照射による損傷を取り扱えるようにCASCADE/CLUSTERとDAIQUIRIを結合して、CASCSRBシステムを作成した。また、カスケード過程をCASCADEコードの代りにMARLOWEで扱う重照射シミュレーション・コードシステムとして、CASCMARLも作成した。