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奥 達雄*; 馬場 信一
炭素, 2002(202), p.90 - 95, 2002/05
熱膨張係数は、熱的性質の中でも重要な特性の一つである。熱膨張は外形の変形及び熱的拘束による内部応力すなわち熱応力の評価にとっては欠かすことができない特性の一つである。ここでは、熱膨張の物理的意義からはじめて、熱膨張係数の定義,熱膨張係数を求めるために測定すべき量,測定原理,測定装置,測定例及び測定上の注意事項などについて説明する。
萩原 正紀
原子力年鑑2001/2002年版, p.164 - 170, 2001/11
高温ガス炉開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成12年4月から13年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義、高温工学試験研究炉(HTTR)の状況,出力上昇試験,所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の動向と国際協力について記述している。
加治 芳行; Gu, W.*; 石原 正博; 荒井 長利; 中村 均*
Nuclear Engineering and Design, 206(1), p.1 - 12, 2001/05
被引用回数：9 パーセンタイル：56.04(Nuclear Science & Technology)工業用黒鉛材料は、引張荷重に対して非線形な応力-ひずみ挙動を示すが、これは材料内部において分布される微視的空隙とき裂の発生及び進展によって黒鉛材料の剛性が低下することによると考えられている。そこで本論文では、連続体損傷力学を脆性材料構造物の非線形弾性挙動の評価に適用し、構造健全性を損傷パラメータによって評価するプログラムを開発した。また黒鉛構造物を用いた健全性評価試験結果及び弾性解析結果との比較検討した結果、損傷力学を考慮することによってより高精度な損傷評価が可能なことが明らかになった。
藤川 正剛
原子力年鑑2000/2001年版, p.209 - 214, 2000/10
高温ガス炉の開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成11年4月から12年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義・高温工学試験研究炉(HTTR)の状況、出力上昇試験、所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の国際協力について記述している。
藤川 正剛; 萩原 正紀
原子力年鑑1999/2000年版, p.173 - 177, 1999/00
高温ガス炉開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成10年4月から11年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義、高温工学試験研究炉(HTTR)の状況、初臨界、所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の動向と国際協力について記述している。
C-1200CB.J.Marsden*; 荒井 長利; N.McLachlan*
ECN-R--98-005, p.81 - 89, 1998/00
原子炉黒鉛の熱膨張係数(CTE)はその気孔の変化によって変化するとの観点から、高速中性子照射効果、付加応力効果及びクリープ歪依存性について、実験データ及び理論的取り扱いを検討・整理した。黒鉛のCTEは照射によって一旦増加し、その後減少する。圧縮応力付加によって増加し、又、圧縮クリープによっても増加する。この変化は2種類の気孔(潜在的なMrozonskiクラックと照射による生成気孔)の量的関係から定性的に説明できる。定量的評価は、結晶子の層間距離の温度変化、結晶子の歪/応力のパラメータである構造因子によって定式化が可能である。しかし、CTEの変化の理論的説明にはなお未検証の問題が残されている。黒鉛の高温照射効果を微細組織の定量的変化の測定と解析で検討することの重要性が改めて提起された。
萩原 正紀; 重本 雅光; 藤川 正剛
原子力年鑑'98/'99年版, p.166 - 170, 1998/00
高温ガス炉開発を中心とする高温工学試験研究について、平成9年4月から10年6月までの活動状況を中心にまとめたものである。本稿は、高温ガス炉開発の意義、高温工学試験研究炉(HTTR)の状況、燃料、材料、炉工学、核熱利用等の所内各研究部門の活動についてまとめた。さらに、海外における高温ガス炉開発の動向及び国際協力について記述している。
石山 新太郎; 衛藤 基邦
23nd Biennial Conference on Carbon (CARBON '97) Extended Abstracts and Program, Vol,2, p.232 - 233, 1997/00
従来、黒鉛材料の破壊靱性試験は、ASTMの金属材料技術手法を便宜的に流用して、評価を行っていたが、有効な破壊靱性値を求めるための系統的な実験や検討がなされぬまま今日に至っている。例えば、黒鉛材料では、引張り試験や曲げ試験で得られたそれぞれの強度は、一般的に一致しない。したがって、黒鉛の破壊靱性試験を引張り型や曲げ型で行った場合、当然ながら、それぞれの破壊靱性値を示すことが予想される。本論文では、HTTR炉心構造黒鉛材料の有効な破壊靱性値を得るため引張り荷重と曲げ荷重を同時に負荷できる装置を開発し、これを用いて、(1)引張りや曲げ荷重の負荷形式の影響,(2)靱性値の解析法,(3)試験片形状の影響に関して系統的な実験を行い、有効な黒鉛材料の破壊靱性を求めるための検討を行った。その結果、引張り型でかつパリス則(破壊荷重と亀裂長さとの直接的関係)に則った方法で得た破壊靱性値が、他の方法(例えば、曲げ荷重下でASTM規格で評価した値)より低い値を示した。また、形状効果等の検討結果からも、引張り負荷形式により、パリス則を用いた方法で得た値が黒鉛材料の有効破壊靱性値に最も近いものと考えられる。
石山 新太郎; 衛藤 基邦
Carbon, 34(8), p.967 - 974, 1996/00
被引用回数：4 パーセンタイル：27.2(Chemistry, Physical)高温ガス炉用微粒等方性黒鉛IG-110の累積疲労損傷を評価するため、応力を高レベルから低レベル、または低レベルから高レベルに変動させた場合の疲労寿命評価を試験的に行った。その結果、両者とも前の応力履歴が2段目の応力履歴に影響を与え、おのおの独立に材料に作用する際の寿命より短い値が得られた。実験結果からこの疲労相互作用を考慮することにより、段階的に応力が変化する場合の疲労寿命の推定の行える評価式を提案した。
荒井 長利
Proc. of the First Int. Symp. on Thermal Stresses and Related Topics (Thermal Stresses 95), 0, p.99 - 102, 1995/00
脆性構造材料の機械設計法を高度化するための一つの重要課題に熱応力に対する破壊基準を明確にすることが挙げられる。本研究で熱応力破壊条件として、黒鉛円板の熱衝撃試験による破壊データを採り上げ、その破壊発生条件を応力状態で把握するための詳細な解析を行った。解析のスコープは、高周波誘導加熱時の円板の渦電流解析、軸対称円板の2次元非定常熱伝導解析及び非線形熱弾性解析である。一連の解析から最終的に得られた結論は、等方性黒鉛円板の熱応力破壊時の最大接線方向引張り応力が約45MPaとなり、常温の単軸引張り強さの約1.7倍に相当する、ということである。これは、脆性材料の熱応力破壊条件を考察する際の熱機械的物性値の温度依存性の効果の重要性を意味している。
中野 純一; 藤井 貴美夫; 新藤 雅美
JAERI-Research 94-016, 24 Pages, 1994/10
JAERI-Research-94-016.pdf:1.56MB
SiC表面被覆層、SiC/C中間層および黒鉛基材からなる開発傾斜組成黒鉛材の基材の強度におよぼすSiC表面被覆層およびSiC/C中間層の影響を評価するために、室温で、傾斜組成黒鉛、SiC表面被覆黒鉛、SiC/C中間層だけを有する黒鉛および処理なしの黒鉛について、曲げおよび圧縮試験を行った。さらに、それらの結果を表面状態の目安である比表面積で考察した。SiC表面被覆せずにSiC/C中間層のみを有する試料ではSi濃度とともに比表面積は増加したが、その強度は基材黒鉛とほぼ同等であった。SiC表面被覆層を有する試料(傾斜組成黒鉛およびSiC表面被覆黒鉛)では、それぞれの基材(SiC/C中間層だけを有する黒鉛材料および処理なし黒鉛)の約2倍の強度となった。
宇賀地 弘和; 石山 新太郎; 衛藤 基邦
日本原子力学会誌, 36(2), p.138 - 145, 1994/02
被引用回数：1 パーセンタイル：17.86(Nuclear Science & Technology)HTTRの炉心および炉心支持構造材として用いられるIG-11およびPGXの2銘柄の黒鉛材料について、ひずみ速度が最大100s
以上に致る速度域において衝撃引張り試験を実施し、これら黒鉛材料の変形ならびに破壊特性に関する測定を行った。その結果、IG-11黒鉛では100s、PGX黒鉛では1sのひずみ速度以上では急激な引張り強度の低下が見られた。また、ひずみ速度の増加に伴ない、試験片体積は増加し、ポアソン比は減少する傾向が見られた。両黒鉛材料の応力-ひずみ関係は100s以下のひずみ速度では顕著なひずみ速度依存性は示さないが、100s以上ではIG-11黒鉛の荷重方向のひずみが極端に増加した。
荒井 長利
茨城講演会講演論文集 (日本機械学会,精密工学会共催), p.236 - 238, 1993/09
近年、種々の複合材料の実用化が急がれている。複合材料は熱機械的性質の異方性を意図的に活用するものであるが、機械設計の立場からは発生応力への異方性効果を十分に検討する必要がある。この様な主旨で、従来から実用されている種々の横等方性黒鉛材料のデータベースを利用して、異方性の取扱い法、熱応力及び粘弾性応力の異方性を応力解析により検討した。主な結論は以下の通り。1)熱弾性応力を支配する弾性係数と線膨張係数の異方性は逆の関係にあり、組み合せた異方性効果は単独の場合より減少する。2)照射寸法変化の異方性は線膨張係数の異方性と原理的に同様に扱える。3)照射クリープの異方性パラメータの影響は著しくない。
大岡 紀一; 伊与久 達夫; 石井 敏満; 多喜川 昇*; 塩沢 周策; 神戸 護*; 三木 俊也*; 緒方 隆昌*; 河江 秀俊*
JAERI-M 93-003, 26 Pages, 1993/01
高温工学試験研究炉(HTTR)の炉心及びその支持黒鉛構造物に使用される原子炉級微粒等方性黒鉛(IG-110)素材に対しては非破壊検査として超音波探傷試験を計画している。しかしながら、多孔質材料の黒鉛材料はその特性が金属材料と異なる上に、超音波探傷試験の実績がないため、本報告において黒鉛受け入れ検査における超音波探傷試験の方法及び条件を明確にした。これに基づきHTTRで使用を予定している黒鉛素材の受入検査を行う。
荒井 長利; 西山 裕孝; 小西 隆志*
SMiRT 11 Transactions,Vol. G, p.313 - 318, 1991/08
HTTR用黒鉛構造物設計方針は、使用黒鉛材料の強度基準の設定において、従来の原子力用技術基準にはない信頼性工学的手法を採用している。その手法は、材料強度の統計的性質が正規分布に従うことを前提としている。本研究は、炉心構造物用等方性黒鉛IG-11の単軸引張り、圧縮強さ、2軸応力破壊強さ及び低サイクル疲労強度のデータを評価し、実験データに基づいて上記の設計法の妥当性を論証するものである。先ず、単軸強度については、従来データを集約した350点以上の総合判定として、強度分布は正規分布で近似することが最適又は唯一の解であることを明らかにした。2軸破壊強度においても、各組合わせ応力場の破壊データが、正規分布に従い変動することを明らかにした。疲労寿命においては、著しい変動を考慮した信頼限界寿命の設定が、現時点での効果的な方法としてPrice法を採用し、正規統計によって可能となった。
松尾 秀人
JAERI-M 91-090, 15 Pages, 1991/06
非晶質炭素及び原子炉用黒鉛材料を1128-1483Kで中性子照射した後2573Kまでの各温度で熱処理して寸法、密度、電気比抵抗、ヤング率、熱膨張率の変化を調べた。炭素材料は原子炉用黒鉛材料に比較して照射によってより大きくて、また異方的な寸法収縮挙動を示した。この寸法収縮量は、1773Kから2023Kまでの熱処理温度で減少したが、それ以上の温度では僅かに増加した。これに対して、照射した原子炉用黒鉛材料を熱処理した場合は、寸法、密度、熱膨張率は殆んど変化しなかったが、電気比抵抗やヤング率は熱処理温度が高くなるにしたがって次第に減少した。これらの実験事実から、非晶質炭素材料と原子炉用黒鉛材料の寸法変化挙動には著しい違いがあることがわかった。
荒井 長利; 西山 裕孝; 石原 正博
Proc. of the 2nd Japan Int. SAMPE Symp. on Advanced Materials for Future Industries,Needs and Seeds, p.1183 - 1190, 1991/00
高温ガス炉では多結晶黒鉛が構造材料として用いられる。黒鉛材料は疑似脆性材料であり、強度の変動が大きいため、構造設計法を開発するに当っては、統計的検討が必要とされる。高温工学試験研究炉用等方性黒鉛IG-110、準等方性黒鉛PGXの引張り強さ、圧縮強さ、2軸引張り破壊応力、動的疲労強度について、一部照射効果も含めて、統計的評価を行った。その結果、現状では、正規統計が共通に経験的に設計最小強度を定めるために有効であることを明らかにした。また、設計法を高度化するためには、黒鉛が多孔質多結晶材料であることから、微視的及び巨視的組織構造を考慮するべきことを推奨した。
松尾 秀人
炭素, 0(150), p.290 - 302, 1991/00
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550~1335Cで最高6.8
10
n/m
(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。
松尾 秀人
Int. Symp. on Carbon New Processing and New Applications; Extended Abstracts,Vol. 1., p.534 - 537, 1990/11
二方向炭素系複合材料を550~860Cで最高1.510n/m(E29fJ)までJMTRで照射し、レーザーフラッシュ法により室温から1800Cまでの熱拡散率を測定した。熱拡散率は中性子照射により減少し、また測定温度が高くなるにしたがって減少する傾向を示した。しかし、第1回目測定では、測定温度が照射温度よりも高くなると逆に増加したのに対して、第2回目の測定では温度上昇とともに単調に減少して高温では第1回目とほぼ同じ値を示して照射前の傾向と殆ど変わらなかった。比較のため測定した原子炉級黒鉛材料IG-110の熱拡散率もほぼ同様の温度依存性を示した。複合材料の照射効果では照射による界面状態の変化の影響があることも考えられるが、少なくとも今回の照射条件では特に熱拡散率の変化に影響はしていないと考えられた。
松尾 秀人; 湊 和生; 今井 久
JAERI-M 90-009, 24 Pages, 1990/02
高温工学試験研究炉(HTTR)の炉心用黒鉛材料IG-110の諸特性に対する高温照射効果は、JMTR、JRR-2およびHFR等でのキャプセル照射実験によってかなり明らかにされてきている。しかし、実際の炉心黒鉛ブロックでは温度や中性子照射量がブロックの位置によって異なり、発生した照射および熱応力が照射効果に影響することも考えられる。このため大型黒鉛ブロックの諸特性の照射効果を明らかにするための一つの方法として、OGL-1で照射した第4次~第7次黒鉛ブロックから試験片を採取し、熱膨張率、電気比抵抗、ヤング率等の特性変化を調べ、小型試験片の照射効果と比較した。熱膨張率の照射による変化傾向は小型試験片の照射効果と必ずしも一致しないがその照射による変化量は小さく、小型試験片の特性値の変動内であった。また、電気比抵抗やヤング率は小型試験片の場合と類似した変化傾向を示した。
