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論文

Oxide dispersion strengthened steels

鵜飼 重治*; 大野 直子*; 大塚 智史

Comprehensive Nuclear Materials, 2nd Edition, Vol.3, p.255 - 292, 2020/08

Fe-Cr基酸化物分散強化型(ODS)鋼は、Na冷却型高速炉の高燃焼度燃料被覆管等に必要とされる高温・高燃焼度環境下での耐久性に優れた先進材料として期待されている。本稿ではまず、高燃焼度燃料被覆管としての重要性能である管周方向の機械的特性評価(引張,クリープ等)等のFe-Cr基ODS鋼被覆管に関わる研究開発の現状についてレビューを行った。さらに、軽水炉の事故耐性燃料被覆管、および鉛ビスマス冷却型高速炉の燃料被覆管として期待されている高耐食性Fe-Cr-Al基ODS鋼被覆管の研究状況についてもレビューを行った。

論文

Anomalous small-angle X-ray scattering (ASAXS) study of irradiation-induced nanostructure change in Fe-ion beam irradiated oxide dispersion-strengthened (ODS) steel

熊田 高之; 大場 洋次郎; 元川 竜平; 諸岡 聡; 冨永 亜希; 谷田 肇; 菖蒲 敬久; 金野 杏彩; 大和田 謙二*; 大野 直子*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 528, p.151890_1 - 151890_7, 2020/01

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

ステンレス鋼の放射線照射によるナノ構造変化観測用異常分散X線小角散乱(ASAXS)装置を開発した。イオンビーム照射前後のMA956試料の散乱パターンを比較したところ、Cr析出物の形状は全く変化していないことが判明した。

論文

Stability of $$gamma$$' precipitates in nickel based oxide dispersion-strengthened superalloys under high-temperature and heavy irradiation conditions

金野 杏彩; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 近藤 創介*; 橋冨 興宣*; 木村 晃彦*

Materials Transactions, 60(11), p.2260 - 2266, 2019/11

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

次世代高温ガス炉は、過酷な温度・照射条件が想定されており、その炉心材は1000$$^{circ}$$C・100dpaもの条件を満たす必要がある。そこで、更なる高温強度実現のため、Feよりも高温強度に優れるNi基合金が候補材として挙げられている。その中でもNimonicPE16は有力な候補材の一つであるが、650$$^{circ}$$C・50dpaの条件で$$gamma$$'相の溶解・結晶粒界への再析出による強度低下と脆化が生じてしまうため、更なる耐照射性の向上が必要とされている。そこで、本研究では、$$gamma$$'相析出型Ni基超合金に酸化物粒子を分散させることでこれまでのNi基合金を凌駕する$$gamma$$'析出型Ni基ODS超合金(MS4)を開発し、高温重照射影響を評価することを目的とした。イオン照射実験は600$$^{circ}$$Cから1000$$^{circ}$$Cの温度範囲で100dpaの条件で行われた。照射後、$$gamma$$'相は600$$^{circ}$$CではCuboidalな形状を維持したまま、800$$^{circ}$$Cでは形状が崩れながらも成長していることが判明した。これはNHMモデルに基づく成長速度式から説明されるが、1000$$^{circ}$$Cにおいては、照射全域に$$gamma$$'相が析出しており800$$^{circ}$$Cまでとは全く異なる現象が起こることが明らかとなった。本研究では、新たに$$gamma$$'相の照射下挙動のモデル化を試みた。

論文

Ultra-high temperature tensile properties of ODS steel claddings under severe accident conditions

矢野 康英; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 大塚 智史; 井上 利彦; 加藤 章一; 古川 智弘; 上羽 智之; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 487, p.229 - 237, 2017/04

 被引用回数:17 パーセンタイル:3.04(Materials Science, Multidisciplinary)

シビアアクシデント時におけるODS鋼被覆管とラッパ管材料の引張特性を調べることを目的に、室温から融点近傍の1400$$^{circ}$$Cまでの引張試験を実施した。900$$sim$$1200$$^{circ}$$Cまでの超高温での引張特性は他の炉心材料と比較し優れた特性を有していたが、それ以上の超高温温度域になると急激な特性低下が認められた。この強度低は、$$gamma$$/$$delta$$変態を伴って、変形メカニズムが伸びの低下を伴う粒界すべりに変化することに起因すると考えられる。一方、12Cr-ODS鋼とFeCrAl-ODS鋼では、1200$$^{circ}$$C以上でも急激な低下は生じず、高い強度を維持していた。本研究成果の一部は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成25$$sim$$28年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管の研究開発」を含む。

論文

Consideration of the oxide particle-dislocation interaction in 9Cr-ODS steel

井尻 佑太*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; Yu, H.*; 大塚 智史; 阿部 陽介; 松川 義孝*

Philosophical Magazine, 97(13), p.1047 - 1056, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.55(Materials Science, Multidisciplinary)

室温でのTEM内引張その場観察により、9Cr-ODSフェライト鋼における酸化物粒子と転位の相互作用について調べた。測定した酸化物粒子の障害物強度($$alpha$$)は高々0.80で平均は0.63だった。いくつかの粗大化した粒子の周辺には転位ループが観察された。Orowan機構による応力評価式に基づく障害物強度は実験データの平均値とほぼ等しいことが分かった。交差すべり系の相互作用のみならず、Orowan機構が9Cr-ODSフェライト鋼における酸化物粒子と転位の主な相互作用機構であると考えられる。

論文

Effect of the dilation caused by helium bubbles on edge dislocation motion in $$alpha$$-iron; Molecular dynamics simulation

阿部 陽介; 都留 智仁; Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(10), p.1528 - 1534, 2016/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:57.46(Nuclear Science & Technology)

高エネルギー中性子照射により形成されるボイドやヘリウム(He)バブルなどのナノ欠陥は照射材料の機械特性を劣化させることが知られている。本研究では、分子動力学法を用いて$$alpha$$鉄中での刃状転位の運動に対するHeバブルによる障害物強度を評価した。温度300Kと500Kの場合について、2nmと4nmのHeバブルに対してヘリウム/空孔(He/V)比をそれぞれ0-1の範囲で変化させた。その結果、両温度において、He/V比が0-0.5程度までは障害物強度は増加し、それ以上のHe/V比の増加によって障害物強度は減少することが分かった。各バブルサイズ・He/V比・温度に依存してHeバブルにより生じる格子歪み量と障害物強度に相関があることが分かった。

論文

Dipole tracer migration and diffusion tests in fractured sedimentary rock at Horonobe URL

田中 真悟*; 横田 秀晴; 大野 宏和; 中山 雅; 藤田 朝雄; 瀧谷 啓晃*; 渡辺 直子*; 小崎 完*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

In-situ dipole tracer migration tests were conducted at the G.L.-250 m gallery of the Horonobe URL. Laboratory experiments were also conducted to determine the apparent diffusivity (${{it D$_{a}$}}$) and sorption coefficients (${{it K$_{d}$}}$) of cesium and water (HTO) in the rock taken at the gallery to evaluate the performance of Wakkanai formation as natural barrier. The breakthrough curves of non-sorbing tracer (Uranine) obtained at the in-situ dipole tracer migration tests were well described by a dual-channel model in which one-dimensional advection dispersion was taken in account. This suggests that the tracers migrate through at least two different pathways in the fracture. The breakthrough curves also indicated that the peak concentration of the sorbing tracer (cesium) was much smaller than that of the non-sorbing tracer (Uranine), suggesting that the Wakkanai Formation has a high sorptive and low diffusive properties for cesium. The ${{it D$_{a}$}}$ value obtained for cesium was about 3E-12 m$$^{2}$$/s, which is significantly smaller than that of water (3E-10 m$$^{2}$$/s), and the ${{it K$_{d}$}}$ value of cesium was determined to be about 5E-2 ml/g.

論文

Genome analysis of the high temperature tolerant mutant of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110 generated by ion-beam irradiation

武田 喜代子*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成*; 大野 豊; 大津 直子*; 横山 正*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 120, 2015/03

Major constraint of biofertilizer utilization in agricultural practice is a viability loss of beneficial microorganisms in biofertilizers by high temperature stress during both storage and transportation. Therefore, we have tried to improve high temperature tolerance of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110 using carbon-ion beams accelerated by an AVF cyclotron at TIARA. Consequently, we have obtained a high temperature tolerant mutant that can maintain a high survival rate at 42 $$^{circ}$$C for at least 7 days in yeast-mannitol broth medium, and named it as M14. The genome sequence of M14 was determined by a whole-genome shotgun strategy. The acquirement of high temperature tolerance in M14 could be attributed to 18 base mutations and/or a large-scale inversion (1.27 Mb). In the future, we will conduct further analysis on these mutations in order to decipher the molecular mechanisms of high temperature tolerance of M14.

論文

Synthesis of bubble dispersion strengthened copper by using pyrolysis gases of Poly (methyl methacrylate)

Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 阿部 陽介

Materials Science & Engineering A, 617, p.61 - 65, 2014/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.48(Nanoscience & Nanotechnology)

放電プラズマ焼結による有機高分子の熱分解ガスを利用したCu基バブル分散強化合金を作製した。Cuマトリクス中に平均直径14nmのバブルが119nm間隔で分散形成された。バブルによる転位ピン止め効果により、ビッカース硬さは純Cuに比べて400MPa高くなることが分かった。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,33

朝倉 伸幸; 芦川 直子*; 上田 良夫*; 大野 哲靖*; 田辺 哲朗*; 仲野 友英; 増崎 貴*; 伊丹 潔; 河野 康則; 川端 一男*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 87(7), p.485 - 486, 2011/07

2011年の5月に2つのITPAトピカルグループの会合が開催された。「スクレイプオフ層とダイバータ物理」トピカルグループはフィンランドで、及び「計測」トピカルグループはオランダで、それぞれ単独で会合を開催した。日本側ITPA委員から合計8名が出席し、活発な議論を行った。それぞれのトピカルグループの次回会合予定(それぞれ2012年1月、及び2011年10月)もあわせて示した。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,28

朝倉 伸幸; 仲野 友英; 増崎 貴*; 芦川 直子*; 上田 良夫*; 田辺 哲朗*; 大野 哲靖*

プラズマ・核融合学会誌, 86(2), P. 124, 2010/02

第13回ITPA「SOLダイバータ物理」トピカルグループ会合の概要を報告した。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,24

井戸村 泰宏; 吉田 麻衣子; 矢木 雅敏*; 田中 謙治*; 林 伸彦; 坂本 宜照; 田村 直樹*; 大山 直幸; 浦野 創; 相羽 信行; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(12), p.952 - 955, 2008/12

2008年の秋季に、ITPAに関する6つの会合(「輸送と閉込め物理」,「周辺及びペデスタル物理」,「MHD安定性」,「統合運転シナリオ」,「高エネルギー粒子物理」,「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」)が開催された。前回までのグループが再編成されグループ名も改称されるとともに、新議長,新副議長が就任し、各国の委員も更新された。各会合の詳細と次回会合の予定(開催日程,場所)等を報告する。

口頭

Design of a movable material probe system for PWI study in JT-60SA

増崎 貴*; 時谷 政行*; 宮本 光貴*; 信太 祐二*; 上田 良夫*; 大野 哲靖*; 坂本 瑞樹*; 芦川 直子*; 仲野 友英; 伊丹 潔

no journal, , 

JT-60SA用に可動式の材料プローブシステムの設計案を提示した。このシステムは、マニピュレータ,ゲートバルブ,材料・計測器交換用の容器、及び真空排気ポンプから構成され、現在の案ではJT-60SAの下垂直ポートから材料プローブを挿入する仕様となっている。このシステムによって真空容器の中へ材料プローブと計測器を挿入することができ、それらを実験キャンペーン期間中に取り替えることも可能である。これによって、JT-60SAでプラズマ・壁相互作用の研究の貢献が期待できる。

口頭

高Ni鋼における$$gamma$$"(Ni$$_{3}$$Nb)の析出挙動

佐野 佳祐*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 林 重成*; 三浦 誠司*; 山下 真一郎; 井上 利彦

no journal, , 

高速増殖炉の燃料被覆管には第一候補としてODSフェライト鋼が位置づけられているが、その代替として実績のあるオーステナイト鋼の延長線上で耐照射性を改善した高Ni鋼が開発されている。本研究は高Ni鋼を対象として、強化析出物である$$gamma$$"を粒内に微細に析出させる最適な時効熱処理条件を明らかにするため時効試験を行い、ビッカース硬さ測定及びTEM観察を実施した。試験の結果、時効温度が高く、時効時間が長くなると$$gamma$$"が粗大化し硬さが低下することが認められた。また、650$$^{circ}$$C程度の熱処理が最も$$gamma$$"析出物が粒内に微細に析出することがわかった。

口頭

高Ni鋼における$$gamma$$"(Ni$$_{3}$$Nb)の析出挙動

佐野 佳祐*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 林 重成*; 三浦 誠司*; 山下 真一郎; 井上 利彦

no journal, , 

高速増殖炉の燃料被覆管には第一候補としてODSフェライト鋼が位置づけられているが、その代替として実績のあるオーステナイト鋼の延長線上で耐照射性を改善した高Ni鋼が開発されている。本研究は高Ni鋼を対象として、強化析出物である$$gamma$$"を粒内に微細に析出させる最適な時効熱処理条件を明らかにするため時効試験を行い、ビッカース硬さ測定及びTEM観察を実施した。試験の結果、時効温度が高く、時効時間が長くなると$$gamma$$"が粗大化し硬さが低下することが認められた。また、650$$^{circ}$$C程度の熱処理が最も$$gamma$$"析出物が粒内に微細に析出することがわかった。

口頭

イオンビーム育種により作出したダイズ根粒菌高温耐性変異株の大規模なゲノム構造変異と少数の塩基変異

武田 喜代子*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 鳴海 一成*; 大津 直子*; 横山 正*

no journal, , 

現在、化学肥料からの脱却を目指し、東南アジア等では根粒菌を用いたバイオ肥料の利用を奨励している。しかし、化学肥料とは異なり、輸送や保存時の高温による接種菌の活性低下等の問題があり改良が望まれている。これまで我々は、ダイズ根粒菌の優良接種菌株である${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110株を対象とした、イオンビーム突然変異育種を行ってきた。そして、42$$^{circ}$$CのYM液体培地内で少なくとも1週間は高い生存率を保つことができる高温耐性変異株の取得に成功した。本研究では、次世代シークエンサーを用いて高温耐性変異株の全ゲノムを解読し、野生株との塩基配列の比較によって高温耐性変異株において、1.27Mbpの逆位という大規模なゲノム構造変異、及び一塩基置換・欠失及び挿入などの18ヶ所の小規模なDNA塩基変異が存在することを明らかにした。

口頭

Synthesis of bubble dispersion strengthened (BDS) copper by using PMMA

Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 林 重成*; 阿部 陽介

no journal, , 

放電プラズマ焼結(SPS)による有機高分子(PMMA)の熱分解ガスを利用したCu基バブル分散強化合金の創製に対して、最適なPMMAの体積率及びSPSによる焼結温度を系統的に調査した。その結果、PMMAの最適添加量は5vol$$%$$であり、SPSによる焼結は750$$^{circ}$$Cで2時間が最適であった。

口頭

In-situ TEM observation under tensile loading in bubble dispersion strengthen copper

Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 林 重成*; 東郷 広一*; 福元 謙一*; 阿部 陽介

no journal, , 

放電プラズマ焼結(SPS)によるPMMA有機ポリマー粉末の熱分解ガスを利用してバブル分散強化(BDS)銅を創製した。引張荷重下でのTEM内その場観察により、バブルからの転位の離脱角度を解析し運動転位に対するピン止め力を評価した。TEM観察により、Cu-5vol$$%$$PMMAにおいて均質な分散バブルが示され、平均バブルサイズは約10nmであった。実験解析により、分散バブルは銅の強化に寄与し、バブルからの転位の離脱角は79$$^{circ}$$であることが分かった。この値は、同じ試料を用いたビッカース硬さ試験から評価した相互作用角度74$$^{circ}$$と整合することが示された。

口頭

Nano-bubble dispersion in copper investigated by means of SAXS and SANS

Shi, S.*; 大野 直子*; 鵜飼 重治*; 石田 倫教*; 大沼 正人*; 阿部 陽介

no journal, , 

放電プラズマ焼結による有機高分子の熱分解ガスを利用して創製したCu基バブル分散強化合金(BDS-Cu)において、X線小角散乱(SAXS)、中性子小角散乱(SANS)、及び透過型電子顕微鏡(TEM)を用いることにより、ナノバブルのサイズとナノバブル内物質の化学成分を調べた。BDS-Cuと純Cuにおける中性子散乱強度の違いから、ナノバブルの平均半径は2nmであり、TEM観察による測定と非常に良い一致を示した。また、ナノバブルからのX線散乱と中性子散乱の強度比から、ナノバブル内に水素を含有した有機高分子の存在が示唆された。

口頭

9Cr-ODS鋼被覆管の高温リング引張時における酸化物粒子の成長

曽和 貴志*; 鵜飼 重治*; 大野 直子*; 矢野 康英; 皆藤 威二; 鳥丸 忠彦*; 木村 晃彦*; 林 重成*

no journal, , 

高速炉用燃料被覆管として開発した9Cr-ODS鋼被覆管の超高温(1300$$^{circ}$$C)までの引張試験後の引張試験後の組織について、分散粒子の成長に着目し、微細構造解析を実施した。1300$$^{circ}$$Cでの引張試験後のゲージ部の分散粒子は、約200nmまで成長しており、応力負荷のない肩部の組織では変化は認められなかった。強度低下のメカニズムについても報告を行う。なお、本研究は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成27$$sim$$28年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管の研究開発」の成果である。

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