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論文

Atomistic modeling of hardening in spinodally-decomposed Fe-Cr binary alloys

鈴土 知明; 高見澤 悠; 西山 裕孝; Caro, A.*; 外山 健*; 永井 康介*

Journal of Nuclear Materials, 540, p.152306_1 - 152306_10, 2020/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

熱時効したFe-Cr合金はスピノーダル分解によって硬化を引き起こし、これはいわゆる475C脆性の直接的な原因である。スピノーダル分解が原子的相互作用によってどのように硬化を引き起こすのかを示すため、数値シミュレーションと実験を実施した。数値的な結果では、硬さが短距離秩序(SRO)パラメーターと比例することを示され、実験でもこの関係を統計誤差内で再現した。どちらの結果も、隣接するCr-Cr原子ペアが本質的に硬化を引き起こすことを示唆した。なぜなら、SROがそのようなペアの出現確率に一意的に依存しているからである。硬化の主な原因がそのようなCr-Crペア付近を通過する転位のピン止め効果であることが示唆されたが、このアイデアはさらなるモデリング研究により裏付けられた。

論文

${it In situ}$ WB-STEM observation of dislocation loop behavior in reactor pressure vessel steel during post-irradiation annealing

Du, Y.*; 吉田 健太*; 嶋田 雄介*; 外山 健*; 井上 耕治*; 荒河 一渡*; 鈴土 知明; Milan, K. J.*; Gerard, R.*; 大貫 惣明*; et al.

Materialia, 12, p.100778_1 - 100778_10, 2020/08

長期に原子炉圧力容器の健全性を確保するためには、照射が材料に及ぼす影響を理解する必要がある。本研究では我々が新規開発したWB-STEMを用いて、中性子照射された原子炉圧力容器試験片を焼鈍中、照射誘起転位ループの観察を行った。焼鈍温度を上げると$$<100>$$ループの割合が増加していることが確認された。また、2つの$$frac{1}{2}$$$$<111>$$ループが衝突して$$<100>$$ループになる現象の観察に初めて成功した。転位に転位ループがデコレートする現象も観察され、分子動力学シミュレーションによってそのメカニズムが説明することができた。

論文

Stable structure of hydrogen atoms trapped in tungsten divacancy

大澤 一人*; 外山 健*; 波多野 雄治*; 山口 正剛; 渡辺 英雄*

Journal of Nuclear Materials, 527, p.151825_1 - 151825_7, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

タングステン中の複空孔にトラップされた水素原子の安定構造とその結合エネルギーを第一原理計算に基づいて示した。水素原子は複空孔の隣の八面体格子間サイト(O部位)近傍に位置するのが好ましい。さらに水素原子は複空孔の中心に位置するOサイトを優先的に占有する。水素原子が増加すると、複空孔の周辺に位置するOサイトも水素原子によって占有される。タングステン中の複空孔はエネルギー的に不安定である。しかし水素原子捕獲によって非常に安定化する。複空孔の結合エネルギーは水素同位体の種類に依存する。

論文

Predoping effects of boron and phosphorous on arsenic diffusion along grain boundaries in polycrystalline silicon investigated by atom probe tomography

高見澤 悠; 清水 康雄*; 井上 耕治*; 野沢 康子*; 外山 健*; 矢野 史子*; 井上 真雄*; 西田 彰男*; 永井 康介*

Applied Physics Express, 9(10), p.106601_1 - 106601_4, 2016/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

The effect of phosphorus (P) and boron (B) doping on arsenic (As) diffusion in polycrystalline silicon (poly-Si) was investigated using laser-assisted atom probe tomography. In all samples, a high concentration of As was found at the grain boundaries, indicating that such boundaries represent the main diffusion path. However, As grain-boundary diffusion was suppressed in the B-doped sample, and enhanced in the P-doped sample. In a sample co-doped with both P and B, As diffusion was somewhat enhanced, indicating competition between the effects of the two dopants. This can be explained by the pairing of P and B atoms. The results suggest that grain-boundary diffusion of As can be controlled by varying the local concentration of P and B dopants.

論文

The Two-step nucleation of G-phase in ferrite

松川 義孝*; 武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 鈴土 知明; 渡辺 英雄*; 阿部 弘亨*; 外山 健*; 永井 康介*

Acta Materialia, 116, p.104 - 113, 2016/09

 被引用回数:44 パーセンタイル:4.08(Materials Science, Multidisciplinary)

673Kで等温時効したフェライト相中のG相(Ni$$_{16}$$Si$$_{7}$$Mn$$_{6}$$)析出に関し、溶質原子クラスタが母材と結晶学的に区別可能となる成長段階を見出すため、アトムプローブトモグラフィ(APT)と透過電子顕微鏡法(TEM)を組み合わせた解析を行った。その結果、G相の形成は、まず自発的に溶質原子が集まって直径2.6nm程度の臨界サイズとなった後に、組成が変化し閾値にまで達するという複数の成長段階を経ることを明らかにした。また、電子回折パターンの計算機シミュレーション結果から、しきい値の組成はNi$$_{16}$$Si$$_{3.5}$$(Fe,Cr)$$_{3.5}$$Mn$$_{6}$$と見積もられることが分かった。

論文

Effect of neutron energy and fluence on deuterium retention behaviour in neutron irradiated tungsten

藤田 啓恵*; 湯山 健太*; Li, X.*; 波多野 雄治*; 外山 健*; 太田 雅之; 落合 謙太郎; 吉田 直亮*; 近田 拓未*; 大矢 恭久*

Physica Scripta, 2016(T167), p.014068_1 - 014068_5, 2016/02

 被引用回数:22 パーセンタイル:14.91(Physics, Multidisciplinary)

この研究では、鉄イオン(Fe$$^{2+}$$)照射W試料、核分裂反応より発生した中性子を照射したW試料、D-T核融合反応から生成した14MeV中性子照射されたW試料を用い、それらに重水素イオン(D$$_{2}^{+}$$)を照射し、昇温脱離法(TDS)で重水素滞留挙動を評価した。さらに、シミュレーションにより、得られたTDSスペクトルからW中の重水素捕捉サイトの捕捉エネルギーを評価した。実験結果より、Fe$$^{2+}$$照射試料では欠陥が表面付近の浅い領域に集中することが確認された。また照射損傷量増加に伴い原子空孔やボイドが増加し、ボイドがより安定なD捕捉サイトであることが示唆された。核分裂反応中性子照射試料は、Dは主に表面吸着または転位ループによる捕捉により試料中に滞留することがわかった。しかし低損傷量のため、原子空孔やボイドの形成は見られなかった。一方、核融合反応中性子照射試料は他の試料と比較して低損傷量にも関わらず、原子空孔及び原子空孔集合体の形成が示唆された。以上から、照射欠陥の形成及びD滞留挙動は中性子の照射エネルギーに大きく影響を受けることがわかった。

論文

Effects of thermal aging on microstructure and hardness of stainless steel weld-overlay claddings of nuclear reactor pressure vessels

武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 松川 義孝*; 野沢 康子*; 外山 健*; 永井 康介*; 西山 裕孝; 勝山 仁哉; 山口 義仁; 鬼沢 邦雄; et al.

Journal of Nuclear Materials, 452(1-3), p.235 - 240, 2014/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:6.62(Materials Science, Multidisciplinary)

400$$^{circ}$$Cにおいて100時間から10,000時間まで熱時効した原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッド鋼の微細組織と固さについて、アトムプローブ及びナノインデンテーション法を用いて調べた。$$delta$$フェライト相において、スピノーダル分解によるCrの濃度変調は100時間時効までに急速に進展する一方、NiSiMnクラスタは2,000時間時効で数密度が増加し10,000時間時効においては粗大化した。$$delta$$フェライト相の硬さは時効初期において急速に上昇し、NiSiMnクラスタの形成ではなくCr濃度変調の程度と良い相関にあった。これらの結果から、$$delta$$フェライト相の硬化の主因がスピノーダル分解によるCr濃度変調であることが示唆された。

論文

Effects of neutron irradiation on microstructures and hardness of stainless steel weld-overlay cladding of nuclear reactor pressure vessels

武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 松川 義孝*; 野沢 康子*; 外山 健*; 永井 康介*; 西山 裕孝; 勝山 仁哉; 山口 義仁; 鬼沢 邦雄

Journal of Nuclear Materials, 449(1-3), p.273 - 276, 2014/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:16.7(Materials Science, Multidisciplinary)

照射量7.2$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-2}$$(E$$>$$1MeV)、照射速度1.1$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$、照射温度290$$^{circ}$$Cで中性子照射した原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッドの微細組織変化と硬さを、アトムプローブ法及びナノインデンテーション法により測定し、硬化に対する微細組織の影響を調べた。照射材は、$$delta$$-フェライト相においてCrの濃度変調が増大するとともに、300$$^{circ}$$Cで照射時間と同じ時間の熱処理をした時効材では見られないようなSiの濃度変調の増大も観察された。一方で、硬さは照射材と時効材の両者とも増加したが、前者においてはCr濃度変調から予測されるよりもさらに大きく増加していた。この結果から、クラッド照射材の$$delta$$-相における硬化は、Crの濃度変調のみならずSi濃度変調や照射欠陥に由来することが示唆された。

論文

Beam position monitor system of J-PARC RCS

林 直樹; 川瀬 雅人; 畠山 衆一郎; 廣木 成治; 佐伯 理生二; 高橋 博樹; 照山 雄三*; 豊川 良治*; 荒川 大*; 平松 成範*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 677, p.94 - 106, 2012/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:43.25(Instruments & Instrumentation)

本論文は、J-PARC RCSのビーム位置モニタ(BPM)システムについて述べる。RCSは、ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンで、そのBPM検出器は、直径250mm以上あるが、ビーム位置を極めて正確に測定する必要がある。さらに、定格から低いビーム強度まで、幅広い範囲で動作することが必要である。リングには、54台のBPMがあり、限られたスペースのため、そのほとんどを補正電磁石の内側に収めた。検出器は、静電容量型で4電極あり、対角線カット形状で構成される電極対は、ビーム位置に対し非常に良い線形出力特性を持つように設計した。また、14bit 40MS/sのADCと600MHzのDSPを持つ信号処理回路を開発し、それらを、shared memoryを介し、EPICSによって制御できるようにした。この回路は、連続して平均ビーム位置を計算するモードでは、25Hzのパルスすべての記録が可能で、ほかに、周回ごとのビーム位置計算など、高度な解析のため、全波形データを残すモードも設定した。

論文

Study on microstructural changes in thermally-aged stainless steel weld-overlay cladding of nuclear reactor pressure vessels by atom probe tomography

武内 伴照; 亀田 純*; 永井 康介*; 外山 健*; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄

Journal of Nuclear Materials, 415(2), p.198 - 204, 2011/08

 被引用回数:28 パーセンタイル:7.33(Materials Science, Multidisciplinary)

原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッドにおける熱時効によるミクロ組織変化をアトムプローブを用いて調べた。試料には90%体積率のオーステナイト母相に10%体積率の$$delta$$フェライト相を含むクラッド材を用い、400$$^{circ}$$C$$times$$10,000hの熱時効を行った。その結果、フェライト相において、熱時効によってスピノーダル分解によるCr濃度変調の程度が増大し、Ni:Si:Mn比が16:7:6となるG相と呼ばれる析出物が形成されることがわかった。さらにフェライト相は、熱時効によって硬度が大幅に上昇していた。オーステナイト相では熱時効前後のミクロ組織や硬度の変化は起こっていなかったことから、これらのミクロ組織変化がフェライト相の硬度上昇の原因であると考えられた。スピノーダル分解と硬度との相関の解析結果から、スピノーダル分解が硬度上昇の主因であることが示唆された。

論文

J-PARC MR horizontal exciter test for transversal noise application

Schnase, A.; 佐藤 健一郎*; 冨澤 正人*; 外山 毅*; 魚田 雅彦*; 吉井 正人*

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.338 - 342, 2011/08

To improve the duty factor of the proton beam, extracted by slow extraction to the Hadron hall, we applied transversal noise using the existing horizontal exciter in J-PARC Main-Ring (MR). For noise center frequencies of 5 and 7.5 MHz, operation was possible; however in a band above 6 MHz, we noticed that the pressure in the vacuum chamber increased near the exciter structure. Higher noise center frequencies seem to improve the duty factor seen by the Hadron experiment, therefore we tried frequencies near 30, 25, and 20 MHz. Problems with vacuum pressure rise prevented longer time operation. Therefore, we mapped safe and unsafe operation points as function of frequency and amplifier output power. We found a safe operation area for the extraction beam time planned for the April 2011 run, however due to the big Tohoku earthquake the beam time was postponed. Improved noise signals, where the amplitude distribution is independent of noise bandwidth have been created and we drove the exciter with them to confirm the feasibility. We confirmed that a solenoid around the exciter improves the multi-pactor issues. With a solenoid current of 2 A, the frequency range from 1 to 35 MHz is free from vacuum problem for the whole output power range of the used 1 kW RF transistor-amplifiers.

論文

Effects of chemical composition and dose on microstructure evolution and hardening of neutron-irradiated reactor pressure vessel steels

武内 伴照; 蔵本 明*; 亀田 純*; 外山 健*; 永井 康介*; 長谷川 雅幸*; 大久保 忠勝*; 義家 敏正*; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄

Journal of Nuclear Materials, 402(2-3), p.93 - 101, 2010/07

 被引用回数:45 パーセンタイル:4.02(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子照射した原子炉圧力容器鋼でのミクロ組織変化と硬化との関係を、3次元アトムプローブ,陽電子消滅,ビッカース硬度測定を用いて調べた。試料には不純物濃度を変じた2種のA533B-1鋼を用い、材料試験炉(JMTR)において照射速度はほぼ一定に揃えつつ照射量を大きく変じた(0.32$$sim$$9.9$$times$$10$$^{19}$$n cm$$^{-2}$$(E$$>$$1MeV))加速照射を行った。その結果、低照射量領域における急激な硬化はおもにマトリックス損傷の形成によるものであり、中照射量$$sim$$高照射量領域における緩やかな硬化は、不純物濃度の高い鋼材中では銅富裕クラスター(CRCs)、低い鋼材ではSi-Mn-Ni富裕クラスター(MNSCs)の形成によるものであることがわかった。ラッセルブラウンモデルにより見積もられた、CRCs及びMNSCsが転位の運動を阻害する強さはほぼ同じであった。また、最も高い照射量において、不純物濃度の高い鋼材においてもMNSCsが形成することが示された。

論文

The Data acquisition system of beam position monitors in J-PARC main ring

畠山 衆一郎; 林 直樹; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 平松 成範*; 小田切 淳一*; 佐藤 健一郎*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 外山 毅*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2698 - 2700, 2010/05

J-PARC主リングのビーム位置モニタのデータ処理システムは186台のLINUXベースのデータ処理回路(BPMC)と12台のEPICSの入出力コントローラ(IOC)から構成されている。これらはビームの閉軌道の歪み(COD)や1周ごとのビームのバンチの位置を測定するために重要なツールである。このレポートではさまざまな校正係数がどのようにあてはめられているかも含めてデータから位置情報への再構成の方法を述べる。

論文

Shot-by-shot beam position monitor system for beam transport line from RCS to MR in J-PARC

手島 昌己*; 荒川 大*; 橋本 義徳*; 佐藤 健一郎*; 外山 毅*; 山本 昇*; 林 直樹; 花村 幸篤*

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.978 - 980, 2010/05

J-PARCのRCSからMRへのビーム輸送ライン(3-50BT)のビーム軌道を安定にするために、14台のビーム位置モニタを据付けた。これらの信号は、ローカル制御棟D01へ導き、14台のデジタルオシロスコープで観測する。データ取得システムは、ショットごとの計測が可能なものとした。

論文

Performance of the main ring BPM during the beam commissioning at J-PARC

外山 毅*; 荒川 大*; 平松 成範*; 五十嵐 進*; Lee, S.*; 松本 浩*; 小田切 淳一*; 手島 昌己*; 飛山 真理*; 橋本 義徳*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.981 - 983, 2010/05

J-PARC MRのビームコミッショニング中のBPMの運用経験について報告する。サブジェクトは、(1)特にビームダクトの段差の影響,(2)1秒平均に対し30ミクロンの位置分解能,(3)ビームを使った位置校正である。

論文

Effects of neutron-irradiation-induced intergranular phosphorus segregation and hardening on embrittlement in reactor pressure vessel steels

西山 裕孝; 鬼沢 邦雄; 鈴木 雅秀; Anderegg, J. W.*; 永井 康介*; 外山 健*; 長谷川 雅幸*; 亀田 純*

Acta Materialia, 56(16), p.4510 - 4521, 2008/09

 被引用回数:48 パーセンタイル:9.12(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子照射した原子炉圧力容器鋼で、粒界のリン偏析と照射硬化が延性脆性遷移温度(DBTT)に及ぼす影響を、オージェ電子分光分析,局所電極型アトムプローブ、及び陽電子消滅法による組織分析を用いながら検討した。中性子照射により粒界のリン偏析が誘起されることを示した。また、材料中のリン含有率が高くなると照射硬化が大きくなることを示した。これは、照射によって生成した空孔によって安定化されたリン集合体によるものであることを明らかにした。粒界のリン濃度及び照射硬化とDBTTの関係、並びに破面観察から、中性子照射によって粒界におけるリンの脆化能が小さくなる現象を見いだし、脆化の主要因は照射硬化によることを示した。

論文

J-PARC RCSビームモニターシステムの現状

林 直樹; 廣木 成治; Saha, P. K.; 佐伯 理生二; 豊川 良治*; 山本 風海; 吉本 政弘; 荒川 大*; 平松 成範*; Lee, S.*; et al.

Proceedings of 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.243 - 245, 2008/00

J-PARC RCSは、2007年秋よりビームコミッショニングを開始した。短期間の間に、入射軌道の確立,周回及び3GeVまでの加速,光学系の測定,(4$$times$$10$$^{12}$$ppbで)50kW相当のビームパワー出力を達成した。ビームモニターシステムは、このスムーズなビームコミッショニングに大変重要な役割を果たした。本報告は、このシステム、BPM,入射モニター,IPM,電流モニタ,チューンメータ,ロスモニタの現状報告を行う。

論文

A Prototype of residual gas ionization profile monitor for J-PARC RCS

佐藤 健一郎; 林 直樹; Lee, S.*; 外山 毅*

Proceedings of 10th European Particle Accelerator Conference (EPAC '06) (CD-ROM), p.1163 - 1165, 2006/00

J-PRAC 3GeVシンクロトロン用残留ガスビームプロファイルモニターの試作機を開発した。この試作機は、ビームの残留ガス電離作用よって生成するイオン・電子対を収集するための電場生成用電極,2次電子を増幅検出するマイクロチャンネルプレート(MCP), MCPの増幅率のばらつきを補正するための電子源,電子収集のための磁場を発生させるウィグラー型電磁石から成っている。この試作機をKEKの陽子シンクロトロン主リングに設置し、陽子ビームを使ったテストを行った。本会議ではビームテストの結果を報告する。

論文

J-PARC RCS及び50GeV MRリング用残留ガスプロファイルモニターの開発

佐藤 健一郎; Lee, S.*; 外山 毅*; 林 直樹

Proceedings of 3rd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 31st Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.115 - 117, 2006/00

現在建設中のJ-PARC施設3GeV RCSリングは1MWビームを、50GeV MRリングは0.75MWビームを加速する。このような大電流ビームのプロファイルを非破壊観測するために、残留ガスプロファイルモニター(IPM)が現在開発中である。われわれはIPMの有用性を確かめるために試験機を製作し、KEK陽子シンクロトロン主リング(KEK-PS)に設置し、KEK-PSからの陽子ビームを用いてイオン収集・電子収集両方の運転モードについてテストを行ってきた。得られたデータから実機の検出精度を議論する。

論文

Kinetics of irradiation-induced Cu precipitation in nuclear reactor pressure vessel steels

永井 康介*; 外山 健*; 西山 裕孝; 鈴木 雅秀; Tang, Z.*; 長谷川 雅幸*

Applied Physics Letters, 87(26), p.261920_1 - 261920_3, 2005/12

 被引用回数:24 パーセンタイル:33.13(Physics, Applied)

原子炉圧力容器鋼における照射脆化は安全上極めて重要な問題であり、その予測は実機、及び照射速度が高い材料試験炉による照射データに基づいて行われている。ここで、材料試験炉による加速照射が、照射速度が低い実機の照射脆化をどの程度再現できるかについて、脆化機構の観点から明らかにすることが重要である。本研究では、照射速度が約4桁異なる原子炉圧力容器鋼の中性子照射材について、陽電子消滅法を用い、照射脆化の原因の一つとなるナノサイズの銅析出物の分析を行った。その結果、極めて低い照射速度の中性子照射によって銅析出が加速されることを明らかにした。これは、実機の原子炉圧力容器鋼における銅析出による照射脆化は、加速照射データで予測されるよりも低い照射量、すなわち短時間で起きることを意味するものである。

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