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論文

Bend-fatigue properties of JPCA and Alloy800H specimens irradiated in a spallation environment

斎藤 滋; 菊地 賢司*; 濱口 大; 遠藤 慎也; 桜庭 直敏; 宮井 博充; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 450(1-3), p.27 - 31, 2014/07

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのビーム入射窓及び構造材料など核破砕条件における材料の照射損傷特性を明らかにするために、スイスのPSIを中心として核破砕ターゲット材料照射プログラム(STIP: SINQ Target Irradiation Program)が進行中である。本プログラムではPSIの加速器で各種材料を580MeVの陽子で照射し、参加国がPIEを分担して行っている。原子力機構も照射試料の一部を輸送し、照射後試験を行った。本発表ではSTIP-II試料の中からJPCAとAlloy800Hの曲げ疲労試験の結果を報告する。これらの試料の照射条件は照射温度が120-350$$^{circ}$$C、はじき出し損傷量が7.0-19.3dpaであった。JPCA鋼の曲げ疲労試験の結果、STIP-I試料と同様、照射前後で疲労寿命はほとんど変化はなく、疲労寿命の照射量依存性も見られなかった。試験後の破面観察の結果、粒界破面は見られなかった。この約19dpa照射されたJPCA鋼には約1600appmのHeが生成し、それらの多くが材料中に残留していると推定される。TEM観察でも、Heバブルが組織中にほぼ一様に分布しており、特に粒界析出が見られなかったことと一致する結果と考えられる。一方、Alloy800Hの破面には一部に粒界破面が観察された。

論文

MIMTMを用いた水銀キャビテーションによる金属の壊食損傷構造

義家 敏正*; 二川 正敏; 直江 崇; 小松 正雄*; 佐藤 紘一*; Xu, Q.*; 川合 將義*

まてりあ, 52(8), p.390 - 394, 2013/08

水銀を標的に用いた核破砕中性子源では、大強度の陽子線入射に伴い水銀中に圧力波が発生する。この圧力波が水銀を包含するステンレス鋼製の容器へと伝播する過程で、水銀と容器の界面では負圧によるキャビテーションが発生する。キャビテーション気泡が崩壊する際に発生するマイクロジェットと衝撃圧により、容器内壁には微小ピット群からなるエロージョンが形成される。本報では、水銀中でのピッティング損傷を系統的に評価するために開発した電子力駆動の衝撃圧負荷試験機MIMTMを用いた材料の損傷構造について高速変形の観点から評価した。金属組織の転位構造を観察した結果、非常に早い変形メカニズムであること、マイクロジェット速度が200$$sim$$300m/sであることを明らかにした。

論文

Tensile mechanical properties of a stainless steel irradiated up to 19 dpa in the Swiss spallation neutron source

斎藤 滋; 菊地 賢司*; 濱口 大; 宇佐美 浩二; 遠藤 慎也; 小野 勝人; 松井 寛樹; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 431(1-3), p.44 - 51, 2012/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.11(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのビーム入射窓及び構造材料は、高エネルギー陽子及び核破砕中性子の照射により、損傷を受ける。核破砕条件における材料の照射損傷特性を明らかにするために、スイスのPSIを中心として核破砕ターゲット材料照射プログラム(STIP: SINQ Target Irradiation Program)が進行中である。本プログラムは1996年に始まり、PSIの加速器で各種材料を580MeVの陽子で照射し、参加国がPIEを分担して行っている。原子力機構も照射試料の一部を輸送し、照射後試験を行った。本論文ではSTIP-II試料の中からJPCA鋼の引張り試験の結果を報告する。引張り試験の結果、JPCA鋼は照射後大きく硬化するが、耐力の増加は11dpa付近で飽和した。伸びも大きく低下したが、全伸びは19.5dpa照射後も約15%保っていた。試験後の破面観察の結果、粒界破面や割れなどは見られなかった。このJPCA鋼には約1600appmのHeが生成していると見積もられ、表面からの反跳分を除いた多くが材料中に残留していると推定される。TEM観察でも、Heバブルが組織中にほぼ一様に分布しており、特に粒界析出が見られなかったことと一致する結果と考えられる。

論文

Measurements of time-dependent stress distribution on material after HP impact

川合 將義*; 二川 正敏; 直江 崇; Xu, C.-N.*; 山田 浩志*

Proceedings of 7th International Symposium on Impact Engineering (ISIE 2010) (CD-ROM), p.380 - 385, 2010/07

ホプキンソン棒実験における試験片表面の二次元的なひずみ分布の時刻歴応答を計測するための手法として、応力発光材と高速度ビデオカメラを用いる斬新な手法を考案した。まず、基礎データを取得するために、アルミニウムに応力発光材(SrAl$$_2$$O$$_4$$: Eu)を塗布した試験片を製作し、ホプキンソン棒で負荷した$$dot{epsilon}<50$$s$$^{-1}$$の範囲ではひずみ変化に十分追従する発光輝度の時刻歴変化を観測した。さらに、発光輝度は、ひずみとひずみ速度の積で表されることを実験的に示した。本手法は、二次元的なひずみ分布の時刻歴応答を計測するのに有用である。

論文

Proton irradiation effects on tensile and bend-fatigue properties of welded F82H specimens

斎藤 滋; 菊地 賢司*; 濱口 大; 宇佐美 浩二; 石川 明義; 西野 泰治; 遠藤 慎也; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 398(1-3), p.49 - 58, 2010/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.14(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのビーム入射窓及び構造材料は、高エネルギー陽子及び核破砕中性子の照射により、損傷を受ける。核破砕条件における材料の照射損傷特性を明らかにするために、スイスのPSIを中心として核破砕ターゲット材料照射プログラム(STIP; SINQ Target Irradiation Program)が立ち上がった。本プログラムは1996年に始まり、PSIの加速器で各種材料を580MeVの陽子で照射し、参加国がPIEを分担して行っている。原子力機構も照射試料の一部を輸送し、照射後試験を行った。本発表では照射後試験の結果からF82H鋼溶接材の引張り試験及び曲げ疲労試験の結果を報告する。引張り試験結果より、F82H鋼TIG及びEB溶接材は10dpa以上照射後も延性を保っていた。曲げ疲労試験の結果、F82H鋼母材は照射前後で疲労寿命はほとんど変化しなかった。F82H鋼溶接材は、疲労寿命が増加するものと10の7乗サイクル内で破断しないものがあった。

論文

Mechanical properties of austenitic stainless steels irradiated at SINQ target 4

斎藤 滋; 濱口 大; 宇佐美 浩二; 遠藤 慎也; 小野 勝人; 松井 寛樹; 菊地 賢司*; 川合 將義*; Yong, D.*

Proceedings of 1st International Workshop on Technology and Components of Accelerator-driven Systems (TCADS-1) (Internet), 9 Pages, 2010/03

マイナーアクチノイド(MA)を核変換するための加速器駆動未臨界炉(ADS)の研究開発が進められている。ADSの未臨界炉心内にあるビーム窓は高エネルギー陽子と中性子の両方の照射を受ける。本研究では、照射された材料の機械的特性を評価するために、SINQターゲット4(STIP-II)で照射されたオーステナイト鋼(JPCA及びAlloy800H)の照射後試験を行った。オーステナイト鋼はフェライトマルテンサイト鋼で考慮する必要のあるDBTTシフトの問題がないといった点でビーム窓材として好ましい。本研究の照射条件は、以下の通りである。陽子エネルギー580MeV,照射温度100$$sim$$450$$^{circ}$$C,はじき出し損傷量6.5$$sim$$19.5dpa。すべての照射後試験は原子力機構東海研究開発センターのWASTEFと燃料試験施設で行われた。引張り試験は大気中で、室温、250$$^{circ}$$C及び350$$^{circ}$$Cで行われた。試験後はSEMによる破面観察を行った。室温試験の結果、10dpa程度までは照射量とともに照射硬化が増加するが、それ以上の照射量では、照射硬化が飽和することがわかった。延性も、10dpa付近までは低下するが、19.5dpaでも保たれていることがわかった。また、SEMによる破面観察の結果、すべての試料は延性破断であった。

論文

Mitigation technologies for damage induced by pressure waves in high-power mercury spallation neutron sources, 1; Material surface improvement

直江 崇; 二川 正敏; 菖蒲 敬久; 涌井 隆; 粉川 広行; 竹内 博次*; 川合 將義*

Journal of Nuclear Science and Technology, 45(7), p.698 - 703, 2008/07

 被引用回数:11 パーセンタイル:31.57(Nuclear Science & Technology)

液体水銀をターゲット材に用いた核破砕中性子源の開発が世界的に行われている。核破砕反応を誘発する陽子線を水銀ターゲットに入射すると、水銀の瞬時発熱により圧力波が発生する。圧力波は、ターゲット容器との相互作用によりキャビテーションを引き起す負圧を発生させる。キャビテーション気泡の崩壊時に発生するマイクロジェットあるいは衝撃波によって生じる局所衝撃は、ターゲット容器壁面にピッティング損傷を形成する。本報では、キャビテーション気泡崩壊により生じる局所衝撃力を、高速度ビデオカメラを用いて観測した気泡崩壊挙動と、数値シミュレーションの比較結果により定量的に評価した。この結果に基づきプラズマ浸炭及びプラズマ窒化から構成される新しい表面改質処理技術を考案し、局所衝撃によるピッティング損傷を抑制するために改質処理条件の最適化を行った。

論文

Reaction kinetics analysis of damage evolution in accelerator driven system beam windows

義家 敏正*; Xu, Q.*; 佐藤 紘一*; 菊地 賢司; 川合 將義*

Journal of Nuclear Materials, 377(1), p.132 - 135, 2008/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.28(Materials Science, Multidisciplinary)

800MW熱出力のADSにおけるビーム窓材料の損傷の予測を反応速度論で実施した。パラメータは、STIP-IとII実験でのEC316LNとF82H陽子照射の結果より適合させた。F82Hではバブルの密度はほぼ一定で、大きさが大きくなった。一方、浸入型の転位ループ密度は増え大きさは0.003から300dpaの間で一定であった。EC316LN材もほぼ同様なバブル密度と転位ループ挙動を示した。スエリングは673Kから773Kの間では3dpa以上で照射量に比例して増加することがわかった。

論文

高エネルギー陽子ビーム利用を促進する材料技術; 第8回核破砕材料技術,国際ワークショップ報告

菊地 賢司; 川合 將義*

日本原子力学会誌, 49(3), p.205 - 206, 2007/03

第8回核破砕材料技術国際ワークショップの会議報告である。第1回が米国のオークリッジで1996年に開催され、2003年には日本で第6回目の会合が開催された。今回共催した第8回目の会合は、ロスアラモス研究所が主催して、タオスで開催した。JSNS, SNSとMEGAPIEプロジェクトの現況報告、及び核破砕材料技術の最新データが報告された。

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

アルプスの急流と第7回核破砕材料ワークショップ

菊地 賢司; 川合 將義*

日本原子力学会誌, 47(12), p.852 - 853, 2005/12

2005年5月末から6月初頭にかけて、第7回核破砕材料技術ワークショップを開催した。ワークショップの目的は、日本と米国が独自に建設中の核破砕パルス中性子源施設と近い将来の施設として日,米,欧を中心に計画検討されている加速器駆動核変換システムに用いられる材料の照射と腐食に関する最新の研究成果を持ち寄って、討論し、情報の評価と知識の共有を行うことである。発表はプロジェクト及び一般報告で合計55件あり、参加者は、スイス,ドイツ,フランス,米国,イタリア,スペイン,ロシア,日本から37名であった(うち、日本から4名)。日,米,欧からの6件のプロジェクト報告の後、一般報告を行った。発表では、残留ガス分析,オン・ビームでの材料実験など、核破砕材料特有の課題に関する情報が示された。特にスイスPSIから報告された鉛ビスマス流動下での陽子照射実験と照射後材料解析は関心を集めた。

論文

Tensile properties of austenitic stainless steels irradiated at SINQ target 3

斎藤 滋; 菊地 賢司; 宇佐美 浩二; 石川 明義; 西野 泰治; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.253 - 261, 2005/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.84(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのターゲット及びビーム入射窓は、高エネルギー陽子と核破砕中性子の双方の照射を受ける。しかし、照射データは極めて乏しく、特に、核変換反応によって生じる大量のガス原子の影響は十分にわかっていない。そこで、スイスのポール・シェラー研究所(PSI)で、各種材料について590MeVプロトンの照射試験を行い、原研に輸送して照射後試験を行った。本発表では、3種類のオーステナイト鋼(SA-JPCA, SA-316F及びCW-316F)の引張り試験の結果について報告する。その結果、照射後の0.2%耐力は未照射材の3倍以上に増加し、破断歪みも未照射材の50%以上から20%前後へと低下したが、試験後の破面はいずれも延性破面であり、照射後も延性を維持していることがわかった。

論文

Cladding technique for development of Ag-In-Cd decoupler

勅使河原 誠; 原田 正英; 斎藤 滋; 菊地 賢司; 粉川 広行; 池田 裕二郎; 川合 將義*; 栗下 裕明*; 小無 健司*

Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.154 - 162, 2005/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:44.28(Materials Science, Multidisciplinary)

大強度陽子加速器計画(J-PARC)では物質・生命科学施設として核破砕中性子源の建設が進められている。早い時間減衰を持ったパルス中性子ビームを得るため、非結合型及びポイゾン型減速材を用いる。これらの減速材はデカップラと呼ぶ熱中性子吸収材を用いる。炭化硼素(B4C)が多く用いられてきた。しかしながら、MWクラスの中性子源では(n,$$alpha$$)反応のHe生成を起因とするスウェリングのため使用が困難である。そこで、B4Cに似た特性を有するヘリウム生成を伴わない共鳴吸収型の材料としてAg-In-Cd系の合金に着目した。この合金をCdの焼損の観点からAg-Cd及びAg-In合金の2枚に分割する。熱除去及びコロージョンの観点から減速材の構造材であるアルミ合金(A6061-T6)と密着される必要がある。そのため、Ag-In, Ag-Cd合金とアルミ合金とに十分な接合を得ることを目的として、熱間等方加圧接合(HIP)を用いて接合試験を行った。温度:803K,圧力:100MPa,保持時間:1時間で十分な接合が得られた。特に、Ag-In板をAg-Cd板で挟み、それをアルミ合金で被覆した条件がより良い接合となった。拡散層部には非常に硬い層が観測されたが、接合部の破断応力は設計応力の20MPaを越える値であった。

論文

Review of neutron cross-section evaluations for fission products

Oblozinsk$'y$, P.*; Herman, M.*; Mughabghab, S. F.*; Sirakov, I.*; Chang, J.*; 中川 庸雄; 柴田 恵一; 川合 將義*; Ignatyuk, A. V.*; Pronyaev, V. G.*; et al.

AIP Conference Proceedings 769, p.438 - 441, 2005/05

5つの主要評価済核データライブラリーに入っている核分裂生成物核種の断面積データをレビューした。本件は、評価国際協力ワーキングパーティ(WPEC)のサブグループ21の作業として行ったもので、原子番号31から68の範囲の核種に対する最善の評価済データを推奨することを目的としている。全部で、既に存在している211核種のデータを調査し、さらに新たな7核種のデータを加え、218核種に対する推奨値を決定した。

論文

Bend-fatigue properties of 590 MeV proton irradiated JPCA and 316F SS

斎藤 滋; 菊地 賢司; 宇佐美 浩二; 石川 明義; 西野 泰治; 川合 將義*; Dai, Y.*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.1093 - 1097, 2004/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.37(Materials Science, Multidisciplinary)

核破砕中性子源やADSのターゲット及びビーム入射窓は、高エネルギー陽子及び核破砕中性子の照射により損傷を受ける。また、高エネルギー陽子の入射に伴って発生する圧力波及びビームトリップによる熱応力が核破砕ターゲットの容器材料に発生し、その応力成分は曲げが中心となる。材料の設計寿命や健全性評価には照射材の曲げ疲労データが必要である。スイスのポール・シェラー研究所(PSI)で陽子照射した鋼材の一部を原研に輸送し、照射後試験を行った。疲労試験には新たに開発したセラミックアクチュエーター式の曲げ疲労試験機を用いた。曲げ疲労試験の結果、同一変位に対する疲労寿命は、照射によって低下することがわかったが、照射条件と疲労寿命の関係は明確には見られなかった。破面のSEM観察の結果、多くの試料は延性破面であるが、360$$^{circ}$$Cで12.5dpa照射した316F-SAでは粒界破面も観察された。

論文

Spallation terget materials development

菊地 賢司; 川合 將義*; 池田 裕二郎

Proceedings of 6th International Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp '03) (CD-ROM), p.17 - 25, 2004/00

中性子散乱用の水銀,長寿命放射性廃棄物の核変換用の鉛ビスマス,中性子散乱用のバックアップ及び核変換用のもう一つの選択肢としてタングステン固体ターゲットが開発されている。いずれも入射する陽子ビーム出力はMW級である。そこで、それぞれのターゲット開発の現状と開発課題を述べた。

論文

Current status of the AGS spallation target experiment

中島 宏; 高田 弘; 春日井 好己; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 甲斐 哲也; 今野 力; 池田 裕二郎; 大山 幸夫; 渡辺 昇; et al.

Proceedings of 6th Meeting of the Task Force on Shielding Aspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities (SATIF-6), (OECD/NEA No.3828), p.27 - 36, 2004/00

米国ブルックヘブン国立研究所AGS(Alternating Gradient Synchrotron)加速器を用いて行われている一連の核破砕ターゲット実験及びその解析の概要について報告する。本実験では、中性子発生特性,遮蔽設計パラメータに関する情報を得ることを目的として、AGS加速器から得られる数GeV,数百kJの陽子ビームを水銀核破砕ターゲットに入射し、そこで発生する二次粒子を用いて、中性子工学及び遮蔽に関する実験を過去4年間にわたって行ってきた。昨年、遮蔽実験を行うとともに、これまでの実験結果の解析を通して大強度陽子加速器施設の設計コードの精度検証が精力的に行われている。本報告では、昨年行った遮蔽実験の最新結果及びこれまで行ってきた実験解析の結果について紹介する。

報告書

Evaluations of heavy nuclide data for JENDL-3.3

河野 俊彦*; 松延 廣幸*; 村田 徹*; 瑞慶覧 篤*; 中島 豊*; 川合 將義*; 岩本 修; 柴田 恵一; 中川 庸雄; 大澤 孝明*; et al.

JAERI-Research 2003-026, 53 Pages, 2003/12

JAERI-Research-2003-026.pdf:2.48MB

原子力技術開発において重要なウラン,プルトニウム,トリウムの同位体に対する中性子核データの新たな評価を行った。この評価値は日本の評価核データライブラリであるJENDL-3.3の一部となる。この評価の主たる目的は、前ヴァージョンに対して報告されていた幾つかの問題点の解決,データの精度向上,主要核種に対する共分散の評価、である。JENDL-3.2に格納されている種々の核データを検討し、その多くについて再評価を行うか、もしくはより信頼できる数値に置き直した。JENDL-3.3の重核データに対して種々のベンチマークテストが行われ、臨界性予測精度は以前のJENDLよりも向上していることが報告された。

論文

Strength proof evaluation of diffusion-jointed W/Ta interfaces by small punch test

Li, J.-F.*; 川合 將義*; 菊地 賢司; 五十嵐 廉*; 栗下 裕明*; 渡辺 龍三*; 川崎 亮*

Journal of Nuclear Materials, 321(2-3), p.129 - 134, 2003/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.99

タンタルで被覆したタングステン固体ターゲットを核破砕中性子源に使う場合、接合強度が問題となる。そこで、HIP接合材の機械的強度を、微小押し込み試験と有限要素法により、評価した。接合温度を変えて試験片を作製した。亀裂はいずれの場合でも界面からタングステン側に進展した。界面に沿った亀裂はなかった。タングステンの再結晶化は強度の低下を招いた。亀裂進展に耐えた最適接合条件では、機械的強度は1000MPaを超えることがわかった。

論文

Silver-indium-cadmium decoupler and liner

原田 正英; 斎藤 滋; 勅使河原 誠; 川合 將義*; 菊地 賢司; 渡辺 昇; 池田 裕二郎

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.677 - 687, 2003/07

大強度中性子源のデカップラー材として、デカップリングエネルギー1eVを達成でき、(n,$$gamma$$)反応がベースのためヘリウムガス生成量が小さい、銀・インジウム・カドミウム合金(AIC)を提案した。Cd及びB$$_4$$Cデカップラーとさまざまな観点から比較した結果、有力であると判断し、デカップラー・ライナー材として、AICを採用した。現設計において、AICは、2.5mm厚のAg-35%wtCd及び0.5mm厚のAg-15%wtInとしている。デカップラー・ライナーは、構造材のAl合金にHIPにより接合され、Al合金を通して水冷される。最適なHIP条件を見つけるために、小試験片($$phi$$20$$times$$2mm)のAg-Cd及びAg-Inを幾つかの種類のAl合金カプセル($$phi$$22mm,底厚3mm,蓋厚1mm)封入して、試験を行った。その結果、最適HIP条件として、500$$^{circ}$$C, 100MPa, 保持時間60分が得られた。さらに、より現実的なサイズである大試験片(Ag-Cd: 200$$times$$200$$times$$2.5mm, Ag-In: 200$$times$$200$$times$$0.5mm, A5083 and A6061: 210$$times$$210$$times$$21mm)による試験を行っている。

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