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論文

表面改質処理におけるピッティング損傷形態; 表面硬化処理による損傷抑制効果

直江 崇; 大井 俊志*; 粉川 広行; 涌井 隆; 二川 正敏

材料, 57(2), p.159 - 166, 2008/02

J-PARCの物質生命科学実験施設には、核破砕中性子源水銀ターゲットが設置される。水銀ターゲット内では、陽子線入射時の水銀の熱膨張に起因する圧力波が発生する。この圧力波の伝播過程でキャビテーションが発生し、水銀を包含するターゲット容器にピッティング損傷を付加する。ターゲット容器内壁に対して、被覆処理や表面硬化処理などの表面改質処理を施すことで、ピッティング損傷を抑制し、容器寿命を延長することが期待される。本報では、ターゲット容器構造材であるオーステナイト系ステンレス鋼に対して種々の表面改質処理を施し、容器内で生じる急激な圧力変化を模擬した衝撃圧力負荷試験を行い、表面改質処理による損傷抑制効果について検討した。その結果、被覆層と基材界面の急激な力学特性変化に起因するせん断応力により、被覆層ではき裂や剥離が観測され、十分な損傷抑制効果が得られないことを示した。また、表面改質によるピッティング損傷抑制には、厚さ方向に緩やかに変化する硬さ勾配が有効であるという指針を得た。

論文

ピッティング損傷による疲労強度劣化

直江 崇; 二川 正敏; 大井 俊志; 涌井 隆; 本橋 嘉信*

材料, 55(10), p.944 - 950, 2006/10

J-PARC核破砕水銀ターゲットでは、パルス陽子線が水銀ターゲットに入射すると、水銀中で熱衝撃に伴った圧力波が生じる。これにより、ターゲット容器は、圧力波に起因した巨視的応力変動と、キャビテーション気泡崩壊による局所衝撃を受ける。これらの事象は同時に進行し、ターゲット容器構造材を劣化させる。したがって、ピッティング損傷時の疲労強度を評価することは、ターゲット容器の構造健全性を確保するうえで不可欠である。そこで、まず陽子ビーム入射回数によるピッティング損傷の成長挙度を評価するために、高サイクルの衝撃圧力負荷試験を行った。さらに、ピッティング損傷を付加した材料を用いて疲労試験を行い、ピッティング損傷深さと疲労強度の劣化について検討した。その結果、水銀ターゲット容器は、設計寿命である半年間の1MW運転後にピッティング損傷による残強度が1/2程度に低下することが推測された。

論文

Development of aluminum (Al5083)-clad ternary Ag-In-Cd alloy for JSNS decoupled moderator

勅使河原 誠; 原田 正英; 斎藤 滋; 及川 健一; 前川 藤夫; 二川 正敏; 菊地 賢司; 加藤 崇; 池田 裕二郎; 直江 崇*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 356(1-3), p.300 - 307, 2006/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:48.06(Materials Science, Multidisciplinary)

現在、J-PARCで建設が進められている核破砕中性子源において、パルス特性を向上させるために熱中性子吸収材としてAg-In-Cd合金が採用された。一方、熱除去及び冷却水による浸食の観点からAg-In-Cd合金をAl合金(Al5083)で被覆する必要があり、Ag-In-Cd合金とAl5083と接合に関する開発が急務になった。そこで、HIP(熱間等方圧延)を用いてAl5083と3元系Ag-In-Cd合金との接合に関する試験を行った。小試験片($$phi$$20mm)において良い接合条件が見つかり、接合領域にAlAg$$_{2}$$生成による硬い相の形成が見られるものの、必要とされる機械的強度(20MPa)より大きい結果が得られた。実機を模擬した大型試験片(200$$times$$200$$times$$30mm$$^{3}$$)においても、接合が成功し、小試験片と比較して機械的強度が多少落ちるが必要とする強度を満足した結果が得られた。

論文

固/液界面衝突解析モデルによるピッティング損傷評価

直江 崇; 二川 正敏; 大井 俊志; 石倉 修一*; 池田 裕二郎

材料, 54(11), p.1184 - 1190, 2005/11

高出力の核破砕中性子源の開発が世界的に行われている。大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質生命科学実験施設では、核破砕水銀ターゲットからの発生する中性子を用いて、物質生命科学の先駆的研究が展開される。陽子ビームが水銀ターゲットへ入射することにより、水銀中では熱膨張による圧力波が生じる。この圧力波の伝ぱ過程で発生する水銀中のキャビテーションは、ターゲット容器内壁に局所的な衝撃壊食損傷を形成する。この衝撃壊食は、構造健全性を低下させるため、ターゲット容器交換寿命を決定する重要な因子となる。局所的な衝撃壊食損傷を再現するために、電磁式衝撃圧負荷試験装置(MIMTM)を開発し、壊食損傷形成を評価した。さらに、独立した壊食痕形状と、キャビテーション気泡崩壊時に生じるマイクロジェットの衝突速度との相関を評価するために、液滴衝突解析を適用した。その結果、壊食痕の半径/深さで規格化した値を用いることにより、マイクロジェット衝突速度が同定可能であり、陽子ビーム入射時の損傷を再現する実験における衝突速度は、225$$sim$$325m/sであることを示した。また、塑性変形による壊食痕形成抑制の観点から、表面硬化処理が有用であることを示し、その有効厚さについても評価した。

口頭

JSNSのモデレータ開発の現状

勅使河原 誠; 原田 正英; 斎藤 滋; 及川 健一; 前川 藤夫; 菊地 賢司; 加藤 崇; 池田 裕二郎; 直江 崇; 大井 俊志; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設において1MWの核破砕中性子源の建設が進められている。核破砕中性子源はターゲット・モデレータ・反射体で構成され、特性の異なる中性子ビームを供する3台のモデレータを設置する。モデレータのデカップラとしてAg-In-Cd合金を採用したことが特長である。本報告では、設計の妥当性を確認するために行っているモデレータの試作結果、並びにAg-In-Cd合金とAl合金との接合材の開発の結果について報告する。

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