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報告書

耐熱セラミックス複合材料の照射試験; 第1次予備照射試験(97M-13A)照射後試験中間報告

馬場 信一; 鈴木 世志夫*; 高橋 常夫*; 石原 正博; 林 君夫; 斎藤 保; 相沢 静男; 斎藤 隆; 関野 甫

JAERI-Research 2001-028, 109 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-028.pdf:4.55MB

原研では、高温工学試験研究炉(HTTR)を用いた先端的基礎研究の課題の1つである「耐熱セラミックス複合材料の照射損傷機構の研究」のため、材料試験炉(JMTR)を用いた予備照射試験を進めている。本報告は、このうちの最初のキャプセル(97M-13A)に装荷した試料について、これまでに行った照射後試験(PIE)の結果をまとめたものである。照射後試験は(1)寸法変化(2)熱膨張率(3)X線パラメータ(4)不純物放射能について測定した。黒鉛系及びSiC系複合材料の測定結果は、既存の文献データと同様の傾向を示した。SiC繊維強化及びSiC粒子分散強化複合材料については、モノリシック材料と同様に、温度モニター効果が観察された。

論文

Analytical study on porosity changes of nuclear graphites under high temperature irradiations

荒井 長利

IAEA-TECDOC-901, 0, p.225 - 237, 1996/00

構造用脆性材料の微視的組織構造と材料強度及び構造健全性を研究する一環として、潜在的なマイクロポアの集合である気孔に着目し、特に黒鉛材料での照射による変化を解析的に検討した。ここでは、照射実験による寸法変化またはバルク体積変化の離散的データを、黒鉛損傷モデル(GDM)を用いて温度、照射量に関し連続的な変化を計算することによって求めること、及び、黒鉛の寸法変化に関するKellyらの結晶光子理論を応用している。検討では種々の製作プロセスによる黒鉛材料について、総合的に気孔率変化の相違を定量的に明らかにした。結論として、各種銘柄の照射効果の複雑な変化は結晶形状変化パラメータによって解釈することが適切であること、及びそのことの故に、気孔率の変化が重要な指標であることが明らかになった。

論文

Modelling irradiation induced porosity evolution in gas cooled reactor graphites at temperatures between 300-1500$$^{circ}$$C

B.J.Marsden*; 荒井 長利; R.Charles*

Proc. of meeting: Open Discussion on Current Issues in Nuclear Graphite and Carbon Topics, 0, 1 Pages, 1996/00

英国AGRや原研のHTTRに用いられる減速材用黒鉛の照射寸法変化挙動を、それぞれの黒鉛の微細組織(結晶子と気孔)の物理的構成と変化を考慮した解析モデルによる検討を、英国AEA Technologyと共同して行った。このモデルにより広範囲の照射データを分析し、特に気孔率変化の相異を明らかにすることを目的とした。この論文では、モデルの定式上の問題を評価するとともに、ギルソナイト黒鉛、異方性PGA黒鉛のデータ分析を重点的に論じた。この結果、結晶子の体積変化が無いとする簡略化は適切でないこと、モデルの基本データとなる黒鉛結晶(HOPG)の照射変化を再吟味する必要があること、など解析モデルの一般化のための検討課題が明確になった。

報告書

金属塩造粒過程の解析に関する研究(I)

not registered

PNC TJ1636 95-001, 42 Pages, 1995/03

PNC-TJ1636-95-001.pdf:3.28MB

本研究では、硝酸セリウム水溶液の液滴が脱硝反応を伴いながら、二酸化セリウムの固体粒子に変化する造粒過程を解明するために、周囲空気温度および試料中のセリウムの初濃度が液滴の温度、形状、組成の時系列変化、粒子内部の微視的構造、反応時間に与える影響を明らかにした。実験は懸垂法を用い、試料の初濃度は10g/lから400g/l、周囲空気温度は423Kから723Kの範囲で行った。熱電対の先端に試料を懸垂させ、これを高温気流中におき、試料の温度変化を測定した。また、これを高速ビデオで撮影し、その形状変化を観察した。組成の変化は、試料を反応途中で急冷した試料を純水に溶解させ、その溶液の硝酸イオン濃度をイオンセンサで測定することにより求めた。また、電子顕微鏡により粒子外部および内部の表面を微視的構造を観察した。脱硝による発泡開始および終了時間、外皮の形成終了時間は、形状変化と組成変化の実験データから測定した。硝酸セリウム液滴の造粒過程には、予熱段階、蒸発段階、発泡段階、造粒段階の4つの段階が存在する。温度、形状、組成の各時系列データは非常によく対応しており、温度データのみで造粒過程に置ける試料の状態を把握できる可能性がある。試料初濃度の増加に伴い、温度の上昇割合は急激となり、発泡開始および終了時間、外皮の形成終了時間はいずれも短くなり、生成する粒子径は大きい。また、周囲空気温度約573K以上では、その増加に伴い脱硝反応が活発化し、生成粒子は硝酸の残留割合が低く大部分は二酸化セリウムとなる。その粒子構造は結晶構造に近づき、粒子の強度も強い。また約573K以下では脱硝反応は緩やかで発砲開始および終了時間、外皮の形成終了時間は短くなり、生成粒子には水分および硝酸分が残留する。また生成粒子は粘性をもち、水に可溶である。

論文

Effect of neutron irradiation on dimensional changes of carbon-carbon composites

松尾 秀人; 長崎 正雅

Journal of Nuclear Materials, 207, p.330 - 332, 1993/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(93)90276-5
 被引用回数：2 パーセンタイル：51.37(Materials Science, Multidisciplinary)

二次元炭素繊維強化複合材料をJMTRで655~1070$$^{circ}$$Cで最高1.6$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)まで照射して、巨視的な寸法、体積、微構造の中性子照射による変化を調べた。巨視的な寸法は、繊維軸のそろった方向では収縮し、それに垂直方向では膨張するが、体積はすべて収縮するのが認められた。これらの変化量は照射前の熱処理温度が高い程小さく、また繊維がランダム配向である程小さいのが認められた。さらに繊維の微構造の変化をみるためにラマンスペクトルを測定した結果、照射による結晶構造の乱れが認められた。これらのことから高温での中性子照射による寸法安定性の良好な材料を開発するための1つの基礎データが得られた。

論文

炭化ホウ素含有黒鉛の寸法,熱膨張率,および熱伝導度の中性子照射による変化

松尾 秀人; 小林 紀昭; 沢 和弘

炭素, 0(159), p.185 - 191, 1993/00

https://doi.org/10.7209/tanso.1993.185

ホウ素含有量が3wt%および30wt%でホットプレスあるいはコールドプレスで試作した2種類の炭化ホウ素含有黒鉛を550~1070$$^{circ}$$Cで中性子照射量が最高2$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)までJMTRで照射した後、寸法、熱膨張率および熱伝導度の変化を調べた。それらの照射効果は、照射条件の他に供試試料の測定方向や製造方法によって異なるのが認められた。また、熱伝導度は照射によって低下するとともにその温度依存性も変化するのが認められた。

論文

Improved graphite damage model for predicting property changes of HTGR graphites under isothermal and nonisothermal irradiations

荒井 長利; H.Cords*; H.Nickel*

Journal of Nuclear Science and Technology, 29(9), p.851 - 858, 1992/09

https://doi.org/10.3327/jnst.29.851

高温ガス炉々心の黒鉛構造物は高速中性子による照射損傷を受け、工学的性質が変化する。これはその照射温度および高速中性子照射量に著しく依存している。黒鉛損傷モデル(Graphite Damage Model)は多くの黒鉛材料について観測された等温照射下の挙動を説明するために開発されて来たものであるが、本研究によりそれを非等温照射下の挙動の予測にも応用できるように改良した。この改良においては、先ず、実験データに基づき非線形最小自乗法により総数28個のグローバル定数と呼ぶモデルパラメータを決定した。更に、この新しいGDMを用いて非等温照射下の挙動を予測する漸化式を考案した。この方法の妥当性を数種の黒鉛材料に対する計算値と測定値との比較により示した。

論文

原子炉用黒鉛および炭素材料の照射損傷; 高温照射ならびに熱処理による寸法と物理的性質の変化

松尾 秀人

炭素, 0(150), p.290 - 302, 1991/00

https://doi.org/10.7209/tanso.1991.290

本論文は、原子炉用黒鉛材料および炭素材料、主として石油コークス系微粒等方性黒鉛材料IG-110と炭素材料ASR-ORBを中心にして、それらの照射および熱処理効果についてまとめた総合論文である。JMTR、JRR-2、HFRなどで550~1335$$^{circ}$$Cで最高6.8$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)まで照射した後、寸法、熱膨張率、熱伝導度、電気比抵抗、ヤング率などの測定結果、ならびに照射前後に熱処理してこれらの特性変化を調べたこれまでの報告を総合的にまとめ、照射効果と結晶性との関係や照射欠陥のモデルと特性変化との関係について考察した。

論文

Irradiation creep properties of a near-isotropic graphite

奥 達雄; 藤崎 勝夫; 衛藤 基邦

Journal of Nuclear Materials, 152, p.225 - 234, 1988/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(88)90331-5
 被引用回数：9 パーセンタイル：67.94(Materials Science, Multidisciplinary)

高温ガス冷却炉用準等方性黒鉛(SM1-24)の照射クリープ試験を900$$^{circ}$$C付近でJMTRを用いて2回実施した。照射量は試験片の位置によって異なり、5.50$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)から12.4$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)までにわたっていた。照射前後の無負荷試験片及び引張り型クリープ試験片の寸法変化を測定することにより、クリープひずみを応力と照射量の関数として整理した。照射クリープひずみは応力に比例し、照射量の大きいところで照射量にも比例する。照射クリープ係数は照射前ヤング率に逆比例し、KE$$_{0}$$=0.247となった。ここで、Kは照射クリープ係数、E$$_{0}$$は照射前ヤング率である。2回の照射クリープ試験における平均の照射前ヤング率の値から、クリープ係数は3.03$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{9}$$(MPa/m$$^{2}$$)$$^{-}$$$$^{1}$$、3.18$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{9}$$(MPa/m$$^{2}$$)$$^{-}$$$$^{1}$$となった。無負荷試験片とクリープ試験片の水銀気孔径分布を測定することにより、照射クリープの機構について考察を加えた。

論文

Dimensional changes in irradiated(Th,U)O$$_{2}$$

赤堀 光雄; 柴 是行

Journal of Nuclear Science and Technology, 23(7), p.594 - 601, 1986/00

https://doi.org/10.3327/jnst.23.594
 被引用回数：3 パーセンタイル：40.87(Nuclear Science & Technology)

(Th,U)O$$_{2}$$ペレットの寸法,微細構造に対する照射効果を格子定数,密度変化の測定および気孔構造の観察により検討した。照射生成欠陥の濃度および損傷体積を単純モデルにより評価した。巨視的および微視的寸法変化は照射とともに増加した後、減少することが解った。両者の差は照射とともに増大し、それより照射生成格子間原子が集合体を形成したり、消滅源に移動することにより空孔濃度が格子間原子濃度に比べ過剰になることが示された。空孔に対する損傷体積は約1$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{2}$$m$$^{3}$$fission$$^{-}$$$$^{1}$$と評価され、ほぼ核分裂Xe放出での損傷体積に一致した。気孔観察から、2~3$$times$$10$$^{-}$$$$^{6}$$m以下の小さな気孔の体積率が照射により減少し、その分布が大気孔側にずれることが解った。

論文

Irradiation behaviors of nuclear grade graphite in commercial reactor, 1; Dimensional change and thermal expansion

松尾 秀人; 斎藤 保

Journal of Nuclear Science and Technology, 22(2), p.139 - 146, 1985/00

https://doi.org/10.3327/jnst.22.139
 被引用回数：5 パーセンタイル：65.78(Nuclear Science & Technology)

実用炉で220~400$$^{circ}$$Cの温度領域で最高8.3$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$(熱中性子)まで二酸化炭素雰囲気で中性子照射した原子炉級黒鉛材料の寸法ならびに熱膨張係数の変化を測定した。寸法は、照射の初期にわずかに膨張するが、その後は照射量の増加とともに収縮量が大きくなるのが認められた。また、2.6$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$まで照射した試料の熱膨張計数の照射による変化は認められなかった。寸法変化の実測値と臭素化法によって求められた値とを比較検討し、原子炉に使用されている黒鉛ブロックの寸法変化は設計予測値以内であることが明らかになった。また、巨視的な寸法変化と結晶子の寸法変化との関連について考察するとともに、原子炉の炉心黒鉛ブロックの変形についても考察した。

論文

Effects of high temperature neutron irradiation on dimension and thermal expansion coefficient of nuclear graphites

松尾 秀人; 斎藤 保; 佐々木 泰一

Journal of Nuclear Science and Technology, 18(11), p.863 - 869, 1981/00

https://doi.org/10.3327/jnst.18.863
 被引用回数：4 パーセンタイル：52.53(Nuclear Science & Technology)

5種類の原子炉用黒鉛材料をJMTRで670$$^{circ}$$C~1260$$^{circ}$$Cで最高3.3$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$(E$$>$$0.18MeV)まで照射し、寸法、体積および熱膨張係数の変化を調べた。 全ての試料の寸法および体積は照射によって収縮したが、それらの収縮率は試料によって異なる結果が得られた。また、熱膨張係数の変化は3種類の試料について認められた。 熱膨張係数と寸法あるいは体積収縮率との関係を解析した結果、照射による寸法および体積収縮率は、熱膨張係数の大きい試料の方が熱膨張係数の小さい試料よりも小さいことが明らかになった。

報告書

多目的高温ガス実験炉の炉床部用炭素材料に関する研究,3; 加熱処理に伴なうX線パラメーター変化と種々の特性値の関係

斎藤 保; 松尾 秀人; 福田 保昌; 佐々木 泰一

JAERI-M 8857, 14 Pages, 1980/05

JAERI-M-8857.pdf:0.57MB

炉床部用炭素材料の加熱処理に伴なう結晶構造変化を調べるため3銘柄の炭素材料(SIG-B、EG-36B、C-140)を3040$$^{circ}$$Cまでの種々の温度で熱処理しX線パラメーターを測定した。3銘柄とも同じような黒鉛化挙動を示す成分から主として構成されていることが明らかになったが、C-140材からは、この主成分の他に黒鉛化度が非常に高い成分も検出された。1000$$^{circ}$$C以上の加熱処理に伴ない見かけの結晶子の大きさ(Lc$$_{(}$$$$_{0}$$$$_{0}$$$$_{2}$$$$_{)}$$)は増加し、この現象は網面間隔の収縮が始まらないような熱処理条件下でも認められた。Lc$$_{(}$$$$_{0}$$$$_{0}$$$$_{2}$$$$_{)}$$の増加は炭素網面の配列化の進行とC軸方向の格子ひずみの減少とによるが、SIG-B材では前者はLc$$_{(}$$$$_{0}$$$$_{0}$$$$_{2}$$$$_{)}$$が約200$AA$までの領域で完了する傾向を示した。Lc$$_{(}$$$$_{0}$$$$_{0}$$$$_{2}$$$$_{)}$$の増加に伴なってSIG-B材の寸法とヤング率は減少し、嵩密度は増加しており、これらの変化は特に、網面の配列化が進む領域で大きかった。一方、電気比抵抗は網面間隔の収縮が始まるとともに大きく減少した。

報告書

多目的高温ガス実験炉の炉床部用炭素材料に関する研究・2; 寸法変化におよぼす熱処理ならびに高温圧縮荷重付加効果

松尾 秀人; 斎藤 保; 福田 保昌; 佐々木 泰一

JAERI-M 8561, 21 Pages, 1979/11

JAERI-M-8561.pdf:0.94MB

多目的ガス実験炉では炉床部材料として炭素質材料の使用が検討されており、その基礎資料を得るために3種類の炭素質材料を試作し、これらの試料について寸法変化とカサ密度の変化に及ぼす熱処理効果と、寸法の径時変化に及ぼす荷重不可効果を調べた。1000$$^{circ}$$Cから3040$$^{circ}$$Cまでの各温度で1時間の加熱処理により、寸法変化では2種類が収縮し、他はほとんど変化しなかった。カサ密度では増加したものと減少したものがあり、試料によって異る熱処理効果があった。1000$$^{circ}$$Cでの寸法の径時変化では、寸法収縮率は荷重を付加することによって大きくなるが、荷重を付加する前に1000$$^{circ}$$C以上の温度で長時間予備過熱することによって減少することや、寸法収縮率はt$$^{1}$$$$^{/}$$$$^{2}$$(tは測定時間)に比例して変化するなどのことがわかった。多目的高温ガス実験炉用炉床部材料としては、この実験に使用した試作炭素材料よりさらに高温における寸法安定性の良い材料を開発することが望まれる

報告書

多結晶黒鉛材料の熱膨張およびその放射線損傷効果に関する研究

松尾 秀人

JAERI-M 8367, 123 Pages, 1979/08

JAERI-M-8367.pdf:4.34MB

この研究報告は、高温ガス路用黒鉛材料ならびにその他の多結晶黒鉛材料の熱膨張およびその中性子照射効果に関する研究をまとめたものである。この研究では、中性子の照射前および照射後、ならびに室温で圧縮荷重を付加した後のそれぞれの多結晶黒鉛材料の熱膨張係数を測定して、熱膨張係数とBAF(Bacon Anisotropy Factor)、気孔率、電気比抵抗、結晶子の諸性質などとの関連を解析した。さらに高温での中性子照射による寸法変化と熱膨張係数の両者の間には一定の関係があることを解析により明らかにした。また中性子を照射した原子炉用黒鉛材料の熱焼鈍過程における熱膨張やヤング率、電気比抵抗、熱伝導度、全蓄積エネルギー、結晶格子定数、熱電能などの諸性質を測定、解析し、照射欠陥の熱焼鈍による変化挙動を明らかにした。

論文

中性子照射グラッシーカーボンの熱膨張

本多 敏雄; 斎藤 保; 佐々木 泰一*

炭素, (75), p.136 - 138, 1973/00

https://doi.org/10.7209/tanso.1973.136

JRR-2で10$$^{1}$$$$^{8}$$n.v.t.照射を行なったグラッシイカーボンの室温から700$$^{circ}$$Cにおけるバルクの熱膨張の測定を行なった。熱処理温度2000$$^{circ}$$Cの試片は、照射により熱膨張量は30~50%と未照射試片のそれと比較して減少し、雰囲気温度の増大とともに不規則的な挙動を示した。この理由は、例えば柿ノ木の構造モデルを用いても充分に説明することは困難であり、グラッシイカーボンの熱膨張におよぼす中性子照射の影響については交又連結の存在量のみが主要な因子であるとは単純には規定しえないものと考えられた。

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