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笠原 茂樹; 端 邦樹; 岩田 景子; 知見 康弘
JAEA-Review 2025-024, 243 Pages, 2025/11
JAEA-Review-2025-024.pdf:27.13MB
2000年代初頭以降、国内の発電用沸騰水型軽水炉の一次系冷却材環境において非鋭敏化低炭素ステンレス鋼の溶接部近傍に粒界型応力腐食割れによる損傷が顕在化したことを受け、メカニズム解明研究と対策技術開発が進められている。これまでの調査、検討では、低炭素ステンレス鋼の溶接部近傍は、溶接入熱による膨張と収縮によって局所ひずみが蓄積して硬さが上昇したことが粒界型応力腐食割れの材料因子となっていると考えられており、硬さ上昇と粒界型応力腐食割れの因果関係の解明が急務となっている。上記に加えて、沸騰水型軽水炉の炉内構造物の健全性評価に当たっては、溶接熱影響部の中性子照射による硬さの上昇(照射硬化)の重畳を考慮した粒界型応力腐食割れの評価が求められ、溶接熱影響硬化部に対する照射影響評価に資する多角的、系統的なデータの拡充と公開が望まれる。本調査では、これまで未公開だったデータを中心に、原子力安全基盤機構が実施した「低炭素ステンレス鋼応力腐食割れ進展への中性子照射影響実証」事業で取得された低炭素ステンレス鋼溶接熱影響部の機械的性質や高温水環境中亀裂進展速度等に係る照射データを調査、収集した。
下平 昌樹; 山口 義仁; 岩田 景子; 勝山 仁哉; 知見 康弘
Proceedings of ASME 2024 Pressure Vessels & Piping Conference (PVP 2024) (Internet), 10 Pages, 2024/07
日本電気協会規格(JEAC)4206では、加圧熱衝撃事象時の原子炉圧力容器(RPV)の非延性破壊を防止するため、材料の破壊靭性が亀裂先端に生じる応力拡大係数を上回ることが要求されている。破壊靭性は、通常板幅に対して深い亀裂を有するコンパクトテンション(C(T))試験片を用いて評価されるのに対して、応力拡大係数はRPVの板厚に対して浅いステンレスオーバーレイクラッド(クラッド)下亀裂を想定して算出される。さらに、破壊靭性試験は単軸荷重によって行われるのに対して、RPVの想定亀裂には熱応力及び内圧による二軸の荷重が負荷される。このような亀裂深さやクラッドの有無、荷重負荷条件の違いは、亀裂先端の塑性拘束状態を変化させ、破壊靭性値評価に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、現行のRPVの構造健全性評価手法の保守性を定量的に評価するため、クラッド下亀裂を有する大型試験体を用いた多軸破壊試験を計画している。本報告では、多軸破壊試験の実施に向けた試験体形状や荷重負荷方法の検討内容及び当該試験の参照データとなる予備試験結果について報告する。予備試験では、亀裂の深さや形状を変えた試験体を用いた破壊試験を行い、浅い亀裂を有する試験体ではC(T)試験片に比べて破壊靭性値が高めに評価されることを示した。さらに、亀裂先端の拘束状態に依存せずに破壊靭性値を予測可能なローカルアプローチを用いて多軸試験体で得られる破壊靭性値の予測を行った。その結果、多軸試験体で得られる破壊靭性値は、JEAC4206に基づいて設定される破壊靭性遷移曲線に対して、十分な裕度を有することを示した。
岩田 景子; 高見澤 悠; 河 侑成; 下平 昌樹; 岡本 芳浩; 本田 充紀; 勝山 仁哉; 西山 裕孝
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 511, p.143 - 152, 2022/01
被引用回数：2 パーセンタイル：28.93(Instruments & Instrumentation)The main causes of the irradiation embrittlement of RPVs are the formation of a solute cluster and the matrix defect. To investigate these embrittlement mechanisms, it is necessary to complementarily apply microstructure analyses. The extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) technique can detect changes in the atomic structure because of a vacancy-type defect or interstitial atoms introduced by irradiation around selected atoms. In this study, to investigate such microstructural changes due to irradiation, we performed an EXAFS examination for high-copper RPV steels subjected to ion irradiation. We investigated microstructures of the crystal structure around specific element such as Cu, Mn, and Ni, which are known to be the atoms included in the solute atom clusters and lattice defects such as vacancy-type defects. The results indicated that the solute atoms clusteris thought to aggregate in the Fe matrix while maintaining the bcc structure and that not only a vacancy-type defect but also a tensile configuration-type dumbbell pair could be located around both Cu and Ni atoms.
岩田 景子; 端 邦樹; 飛田 徹; 廣田 貴俊*; 高見澤 悠; 知見 康弘; 西山 裕孝
Proceedings of ASME 2021 Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2021) (Internet), 7 Pages, 2021/07
The crack arrest fracture toughness, K
, values for highly-irradiated reactor pressure vessel (RPV) steels are estimated according to a linear relationship between crack arrest toughness reference temperature, T
, and the temperature corresponding to a fixed arrest load, equal to 4 kN, T
, obtained by instrumented Charpy impact test. The relationship between T derived from the instrumented Chrapy impact test and fracture toughness reference temperature, T
, was expressed as an equation proposed in a previous report. The coefficients in the equation could be fine-tuned to obtain a better fitting curve using the present experimental data and previous K data. The K curve for RPV;A533B class1 steels irradiated up to 1.3
10
n/cm
(E 
1 MeV) was compared with a K
curve defined in JEAC4206-2016. It was shown that the K curve was always lower than the 1%ile curve of K for these irradiated RPV steels. This result indicates that the conservativeness of the method defined in JEAC4206-2016 to evaluate K using K curve is confirmed for highly-irradiated RPV steels.
知見 康弘; 岩田 景子; 飛田 徹; 大津 拓与; 高見澤 悠; 吉本 賢太郎*; 村上 毅*; 塙 悟史; 西山 裕孝
JAEA-Research 2017-018, 122 Pages, 2018/03
JAEA-Research-2017-018.pdf:44.03MB
原子炉圧力容器の加圧熱衝撃(Pressurized Thermal Shock: PTS)事象に対する構造健全性評価に与える影響項目の一つである高温予荷重(Warm Pre-stress: WPS)効果は、高温時に予め荷重を受けた場合に、冷却中の荷重減少過程では破壊が生じず、低温での再負荷時の破壊靱性が見かけ上増加する現象である。WPS効果については、主として弾性データによって再負荷時の見かけの破壊靱性を予測するための工学的評価モデルが提案されているが、試験片の寸法効果や表面亀裂に対して必要となる弾塑性評価は考慮されていない。本研究では、実機におけるPTS時の過渡事象を模擬した荷重-温度履歴を与える試験(WPS効果確認試験)を行い、WPS効果に対する試験片寸法や荷重-温度履歴の影響を確認するとともに、工学的評価モデルの検証を行った。再負荷時の見かけの破壊靭性について、予荷重時の塑性の程度が高くなると試験結果は工学的評価モデルによる予測結果を下回る傾向が見られた。比較的高い予荷重条件に対しては、塑性成分等を考慮することにより工学的評価モデルの高精度化が可能となる見通しが得られた。
岩田 景子; 高見澤 悠; 河 侑成; 岡本 芳浩; 下山 巖; 本田 充紀; 塙 悟史; 西山 裕孝
Photon Factory Activity Report 2017, 2 Pages, 2018/00
原子炉圧力容器内表面のステンレスオーバーレイクラッド直下に生じる溶接熱影響部(HAZ)は熱履歴により結晶粒径や析出物分布の異なる組織が複雑に分布し、母材とは機械的特性が異なることが知られている。本研究では、HAZ組織の特徴を調べるため炭化物分布に着目し、形成元素の一つであるMoの周辺微細構造について分析を行った。HAZ組織の狭い領域毎の構造情報を取得するため、キャピラリレンズを使用した広域X線吸収微細構造(EXAFS)により
mオーダーの領域測定を実施した。EXAFS結果からHAZ内で生成が確認されている炭化物種の一つであるMo
Cは粒径の小さい領域に比較的多く分布することが示唆された。
知見 康弘; 高見澤 悠; 笠原 茂樹*; 岩田 景子; 西山 裕孝
Nuclear Engineering and Design, 307, p.411 - 417, 2016/10
被引用回数：1 パーセンタイル：9.29(Nuclear Science & Technology)照射誘起応力腐食割れ(IASCC)進展挙動に影響を及ぼすパラメータを調べるため、ノンパラメトリックベイズ(BNP)法を用いて、照射されたオーステナイト系ステンレス鋼の沸騰水型軽水炉(BWR)環境におけるき裂進展速度に関する既存データの統計解析を試みた。き裂進展速度と照射材の降伏応力(
)、応力拡大係数(
)、腐食電位(ECP)、及び高速中性子照射量といった入力パラメータの確率分布から、き裂進展速度の中央値を計算し、き裂進展速度の実測値と比較した。解析結果はき裂進展速度の実測値をよく再現するとともに、き裂進展速度が高い領域(すなわち高中性子照射量条件)では、照射誘起偏析(RIS)や局所変形など照射硬化とは異なるメカニズムにより、中性子照射量がき裂進展速度に影響を及ぼす可能性を示している。
岩田 景子; 飛田 徹; 高見澤 悠; 知見 康弘; 吉本 賢太郎*; 西山 裕孝
Proceedings of 2016 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2016) (Internet), 6 Pages, 2016/07
原子炉圧力容器の破壊靱性に対する高温予荷重効果について評価を行った。1T-CT試験片を用いて様々な熱力学的荷重負荷条件でWPS試験を実施した。得られた結果は4つのWPS工学モデルによる予測値と比較した。また1T-, 0.4T-, 0.16T-CT試験片を用いて予荷重負荷-除荷-冷却-低温再負荷条件で試験片寸法依存性について調査した。試験片寸法による塑性域分布や残留応力分布の違いを解析により明らかにした。
河 侑成; 岩田 景子; 高見澤 悠; 岡本 芳浩; 本田 充紀; 塙 悟史; 西山 裕孝
no journal, ,
イオン照射により原子炉圧力容器鋼(A533B)に生じる微細構造変化を、X線吸収微細構造(XAFS)により評価した。照射によりクラスターを形成する元素であるCu, Ni, Mnに着目して照射前後の当該原子周辺の微細構造を分析した結果、Cu及びNiに対して照射による配位数の減少が認められ、当該原子近傍に空孔欠陥が生成したものと考えられた。配位数の変化が特に顕著であったCuに着目し、空孔型欠陥や格子間原子などを模擬した結晶構造モデルを作成するとともに、作成した結晶構造モデルを用いて理論値と実験値の比較を行い、照射により生成する欠陥形状を推定した。
下平 昌樹; 端 邦樹; 岩田 景子; 河 侑成; 笠原 茂樹; 勝山 仁哉
no journal, ,
材料評価研究グループでは、軽水炉の運転延長認可の判断や高経年化対策の技術的妥当性確認に資することを目的として、原子炉圧力容器や炉内構造物の材料劣化(照射脆化や応力腐食割れ)を対象に試験研究等を実施している。当グループで実施しているこれらの研究の概要について紹介するとともに、原子炉圧力容器を対象とした現行の健全性評価手法に対する保守性確認のため実施した実機規模の板厚の試験体を使った破壊力学評価に関する試験の最新の成果を報告する。
岡本 芳浩; 永井 崇之; 秋山 大輔*; 岩田 景子; 宇佐美 徳子*
no journal, ,
高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設BL-27ステーションでは、これまでに多くの核燃料及びRIを取り扱ったXAFS実験及び原子力基盤研究が実施されてきた。ここでは、それら多くの研究例の中から、ガラス固化体(模擬ガラス)に関する研究、ウラン模擬デブリの性状把握に関する研究及び原発圧力容器鋼の照射影響の研究の3つを代表例として紹介する。ガラス固化体は多成分系物質であり、放射光XAFSの利用が効果的である。模擬デブリの研究では、多くのウラン混合酸化物のXAFSデータが蓄積されている。圧力容器鋼の照射影響研究では、中性子照射材(非密封RI)の分析を実施している。
端 邦樹; 岩田 景子; 下平 昌樹; 河 侑成; 高見澤 悠; 勝山 仁哉
no journal, ,
原子力機構・安全研究センター・材料評価研究グループでは、試験炉で照射した材料や軽水炉プラントで使用された実機材料等を活用し、安全上重要な機器の経年劣化(原子炉圧力容器(RPV)の照射脆化等)を対象に、長期運転や新検査制度等に資するため、脆化メカニズムから構造健全性評価までの総合的な研究を推進している。その一環として、RPVの健全性評価において母材の板厚1/4位置の破壊靭性を用いてRPVの健全性を評価することの保守性を確認するため、高照射量領域まで中性子照射されたRPV鋼を用いて、ステンレスオーバレイクラッド(クラッド)下10mm位置と板厚1/4位置の破壊靭性や硬さ、金属組織等の比較を行った。その結果、中性子照射前後において、クラッド下10mm位置の破壊靭性は母材の板厚1/4位置に比べて良好であり、現行の評価手法は保守的であることを確認した。
岩田 景子; 端 邦樹; 山口 義仁; 高見澤 悠; 河 侑成; 下平 昌樹; 外山 健
no journal, ,
原子力機構安全研究センター経年劣化研究グループでは健全性評価や経年劣化評価手法の信頼性向上及び発電用原子炉に対する規制活動における技術的判断等に資することを目的として、原子炉圧力容器や配管等を対象とした材料劣化(照射脆化や応力腐食割れ等)等に関する研究を実施している。原子炉圧力容器の照射脆化と健全性評価に関する研究では、確率論的破壊力学解析により、加圧熱衝撃時の原子炉圧力容器の破損確率を定量的に評価した。また有限要素解析を用いた微小試験片技術に関する研究では、破壊靭性試験方法の規格で定められる亀裂形状に関する規定について微小試験片に対応する亀裂湾曲を想定したモデルを有限要素解析により評価し、破壊靭性評価結果に及ぼす影響の大きさを検証した。原子炉配管等に関する研究では配管溶接時の入熱等の溶接条件が及ぼす溶接残留応力分布や硬さ分布を実験と有限要素解析の両面から評価した。また炉心からの中性子照射を長期間受ける構造材料の経年劣化事象を適切に評価するための技術基盤の整備や知見の拡充を目的として、材料照射試験設備の整備を進めている。JRR3にて実際に照射を実施し、現在照射後試験をWASTEFにて継続中である。
外山 健; 岩田 景子; 飛田 徹; 端 邦樹; 鈴木 雅秀; 鬼沢 邦雄; 渡辺 藍己*; 北條 智博*; 船田 立夫*; 佐々木 晴子*
no journal, ,
近年、日本においては、PWR監視試験データが蓄積されており、国内外試験炉データの比較が可能となりつつある。日本で用いられている規格に従って日本のPWR監視試験データにおける破壊靱性温度と関連温度との関係を評価したところ、マスターカーブ法を用いて評価された国内外試験炉データにおける両者の関係とはやや異なる傾向を示した。そこで、本研究では、マスターカーブ法を用いて日本のPWR監視試験データの破壊靱性温度を評価した上で、諸指標(破壊靱性温度と関連温度、鋼材の化学成分、初期特性等)を国内外試験炉データと比較した。脆化量の小さい領域で直接的な比較を行うことができ、いずれの指標に関しても、PWR監視試験データと国内外試験炉データとの間に大きな差異は見られないことが分かった。
岩田 景子; 高見澤 悠; 河 侑成; 岡本 芳浩; 下山 巖; 小島 啓*; 眞弓 蓮*; 岩瀬 彰宏*; 永井 康介*; 西山 裕孝
no journal, ,
熱時効された原子炉圧力容器ステンレスオーバーレイクラッド材について、X線吸収を用いて微細組織分析を行った。測定には材料全体の平均的な情報が取得でき、元素選択的に結合距離や化学状態を把握することができるX線吸収微細構造解析を適用した。溶質原子であるMn原子周辺において配位数や結合距離の変化が認められた。
河 侑成; 岩田 景子; 高見澤 悠; 塙 悟史; 西山 裕孝
no journal, ,
低合金鋼の溶接熱影響部(HAZ)における溶質原子クラスタ(クラスタ)の形成を調べるため、クラスタを構成する主要元素であるCuの含有量の異なる二種類の低合金綱にイオン照射を行うとともに3次元アトムプローブで微細組織を分析した。Cu含有量の高い材料では、HAZの組織に応じてクラスタの体積率が異なること、HAZに形成されるクラスタの体積率は母材に比べて高いことを確認した。現在、Cu含有量の低い材料の3次元アトムプローブ分析を進めており、Cu含有量と形成されるクラスタ性状の相関や硬さへの影響等を明らかにする予定である。
岩田 景子; 河 侑成; 高見澤 悠; 下平 昌樹; 勝山 仁哉; 岡本 芳浩; 本田 充紀; 外山 健*; 西山 裕孝
no journal, ,
Fe
イオン及び中性子で照射された原子炉圧力容器(RPV)鋼を対象に、照射により生じる溶質原子クラスターの微子構造を調べるため、広域X線吸収微細構造(EXAFS)分析を実施した。イオン照射RPV鋼で確認されたEXAFSスペクトルの変化を検証するため、照射によって形成される欠陥構造を模擬した結晶構造モデルを構築し、そのモデルに対するEXAFSシミュレーションを実施した。実測スペクトルとシミュレーション結果の比較から、CuとNi原子には引張型配置の格子間原子あるいは空孔欠陥が隣接することが示唆された。中性子照射RPV鋼においてはスペクトル自体のノイズ検討が必須であるものの、Cu周辺構造が照射量とともに変化し、より多くの格子欠陥が導入されることが示唆された。
河 侑成; 岩田 景子; 高見澤 悠; 岡本 芳浩; 下山 巖; 本田 充紀; 塙 悟史; 西山 裕孝
no journal, ,
原子炉圧力容器鋼の溶接熱影響部(HAZ)では、熱履歴に応じて組織が分布している。HAZの照射硬化 やメカニズムを知るにはHAZの組織毎の照射による微細構造変化を調べることが重要である。本研究では、ステンレスオーバーレイクラッド直下に生じるHAZの未照射材及びイオン照射材に対して、EXAFSによる特定元素のX線吸収スペクトルを取得し、微細構造の変化を調査した。Cu 
吸収端の照射前後に対するスペクトル変化を調べた結果、イオン照射により空孔型欠陥が生成され、Cu溶質原子は空孔型欠陥との複合体で存在する可能性が示唆された。一方、Mo 吸収端のスペクトルについて、未照射材では熱履歴に応じて分布するHAZの各組織により違いが認められ、Mo系炭化物の分布がHAZの組織によって異なることが推測された。なお、イオン照射によるMo 吸収端のスペクトルには未照射材と比較して有意な変化が認められなかった。
岩田 孟*; 川元 侑治*; 坂巻 景子; 安田 健一郎; 大貫 敏彦; 宇都宮 聡*
no journal, ,
放射性廃棄物には長半減期の
Pu等が含まれ、地層処分後の化学的安定性や移行挙動の理解が重要である。本研究では、環境中に放出された長崎型原子爆弾由来Puの化学状態,サイズ依存性を調べ、Puの環境中における化学種変化を解明することを目的とした。長崎型原爆由来Puを含む堆積物サンプルを用いて、化学種分画とサイズ分画実験を行った。その結果、Puの約60%が有機物結合種として、30%程が酸化物などの難溶解性核種として存在することが明らかになった。また、10-114mが主要なサイズ領域であった。
岩田 景子; 高見澤 悠; 西山 裕孝; 下山 巖; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*; 小島 啓*; 眞弓 蓮*
no journal, ,
原子炉圧力容器鋼材の微細構造変化を調査するためX線吸収微細構造解析手法(XAFS)を用いて分析を実施した。XAFSは元素選択的に原子構造や配位子の情報が得られる分析手法である。本発表ではXAFSの紹介と実際に取得した熱時効やイオン照射処理をした試験片のXAFS分析結果について述べる。また他分析手法で得られた結果とも比較しながら議論する。
