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論文

Corrosion properties of Zircaloy-4 and M5 under simulated PWR water conditions

柴田 晃; 加藤 佳明; 田口 剛俊; 二川 正敏; 前川 克廣*

Nuclear Technology, 196(1), p.89 - 99, 2016/10

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

ジルコニウム合金は中性子吸収断面積が小さく耐食性がよいことから、原子炉燃料被覆管の材料として広く用いられている。加圧水型原子炉(PWR)において原子炉燃料被覆材として、スズ、鉄、クロムを含むジルコニウム合金であるジルカロイ-4が使用されてきたがベルギー等ヨーロッパの原子炉では長寿命化が期待できるZr-Nb系合金M5等のNb添加新合金への移行が段階的に進められている。本研究はPWR条件下におけるジルカロイ-4とM5腐食特性の差異を明らかにするためPWR環境を模擬した水化学条件下で水素濃度をパラメータとする腐食試験を行った。これらの条件下においてジルカロイ-4とM5の酸化皮膜観察、重量増加測定および電気化学インピーダンス測定試験を行い、その腐食特性を比較した。これらの結果からPWR環境において、M5はジルカロイ-4に比べて水素濃度による酸化皮膜成長の影響が少なく安定した皮膜を有することから炉内の局所的な水素濃度の不均一に対して影響されにくくPWRの燃料被覆材としての適性が優れていることを示した。また、電気化学インピーダンス法によりよりジルカロイ-4とM5の酸化反応に構造的な有意差が存在することを示した。

論文

Current post irradiation examination techniques at the JMTR Hot laboratory

柴田 晃; 加藤 佳明; 大石 誠; 田口 剛俊; 伊藤 正泰; 米川 実; 川又 一夫

KAERI/GP-418/2015, p.151 - 165, 2015/05

JMTRは2006年に改修のため運転を停止し、その再稼働に向けた整備を2007年から行っている。再稼働後、JMTRホットラボでは様々な照射後試験を実施することが期待されている。本発表では、新しい試験装置の導入と、JMTRホットラボにおける照射後試験の現状について紹介する。(1)球状圧子を用いた超微小硬さ試験。有限要素法を援用した逆解析にて球状圧子を用いた荷重-深さ曲線から材料定数を同定することが可能である。ジルコニウム合金の酸化皮膜や照射済ステンレス鋼についてこの解析を行う予定である。(2)透過型電子顕微鏡(TEM)の整備。透過型電子顕微鏡は光学顕微鏡や通常のSEMに比べて非常に高い解像度の画像を見ることが可能である。JMTRホットラボでは、TEM装置(JEOL JEM-2800)を整備した。同顕微鏡の最大倍率150,000,000倍であり、また、この装置はパソコンとネットを使用し遠隔にて操作することが可能である。これにより、研究者は簡易に、被ばく量を低減してTEMを使用することが可能である。

論文

ホットラボ施設におけるコントロール室監視盤の更新

黒澤 誠; 加藤 佳明; 米川 実; 田口 剛俊

UTNL-R-0486, p.9_1 - 9_11, 2014/03

JMTRホットラボ施設では、コンクリートセル、顕微鏡鉛セル、材料試験用鉛セル及び鉄セル内にて照射済燃料及び原子炉構造材等の照射後試験を行っている。これら各セルにおける負圧、セル内空気吸収線量率、遮へい扉開閉表示等の集中監視及び制御を行うために、コントロール室にコンクリートセル、顕微鏡鉛セル、材料試験用鉛セル及び鉄セル用の監視盤を設置している。これらの監視盤は供用開始後、約30年から40年以上が経過しており、高経年化による故障や不具合の発生が懸念されたため、JMTR再稼働後約20年間の運転を考慮して更新することにした。

論文

$$^{99}$$Mo国産化に向けた照射後試験設備の整備

田口 剛俊; 米川 実; 加藤 佳明; 黒澤 誠; 西方 香緒里; 石田 卓也; 川又 一夫

UTNL-R-0483, p.10_5_1 - 10_5_13, 2013/03

現在、医療診断用ラジオアイソトープ($$^{99}$$Mo)は海外からの輸入に頼っており、製造原子炉の老朽化や自然災害なとの交通障害により安定供給の確保が重要な課題になっている。このため、JMTRでは放射化法に着目し、$$^{99}$$Mo製造に向けた照射試験として既存の照射設備を用いた予備試験及び最先端研究開発戦略的強化事業で整備している照射設備を用いて実証試験を行い、日本における$$^{99}$$Mo需要に対して約25%を供給し、放射性医薬品の安定供給に寄与できる研究開発を実施している。本報告は、JMTRにおける$$^{99}$$Mo製造のための研究開発の準備としてJMTRホットラボでの施設内の試験装置の整備及び京都大学原子炉実験所(KUR)で照射したMoO$$_{3}$$ペレットを用いて、$$^{99}$$Mo製造のための予備試験状況についてまとめたものである。これらによりJMTRで照射したMoO$$_{3}$$ペレットを用いた実証試験にかかわる計画策定が可能となり、JMTRを用いた医療用ラジオアイソトープの国産化に寄与し、JMTRの産業利用拡大に貢献できる。

論文

Stress corrosion cracking behavior of type 304 stainless steel irradiated under different neutron dose rates at JMTR

加治 芳行; 近藤 啓悦; 青柳 吉輝; 加藤 佳明; 田口 剛俊; 高田 文樹; 中野 純一; 宇賀地 弘和; 塚田 隆; 高倉 賢一*; et al.

Proceedings of 15th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems - Water Reactors (CD-ROM), p.1203 - 1216, 2011/08

引張特性と照射誘起応力腐食割れ進展挙動に及ぼす中性子照射速度の影響について検討するために、304ステンレス鋼を用いたき裂進展(CGR)試験,引張試験,微細組織観察を実施した。試験片は、JMTRにおいて沸騰水型原子炉模擬高温水中で2つの照射速度で約1dpaまで照射した。照射硬化は照射速度に伴い増加するが、CGRに及ぼす影響は小さい。降伏応力の増加はフランクループの数密度の増加に起因する。粒界における照射誘起片析挙動に及ぼす照射速度の効果は小さい。さらに、結晶塑性シミュレーションにおけるき裂先端近傍の局所塑性変形挙動に及ぼす照射速度効果も小さいことがわかった。

報告書

JMTR再稼働に向けた照射後試験設備の整備

米川 実; 加藤 佳明; 田口 剛俊; 相沢 静男

JAEA-Technology 2011-014, 16 Pages, 2011/06

JAEA-Technology-2011-014.pdf:3.6MB

現在、材料試験炉(JMTR)は、平成23年6月末頃の再稼働に向けた準備が進められており、ホットラボ施設においてもJMTR再稼働後の新たな照射後試験に対応するため平成19年度より施設及び試験設備等の整備を進めてきた。これらの整備のうち、高燃焼度(最大燃焼度:110GWd/t)燃料を使用した軽水炉燃料の健全性評価に資する照射後試験を実施できるようにするため、コンクリートセル及び試験設備の整備を平成22年度中に完了させる予定である。本報告書では、平成19年度から実施してきたホットラボ施設での高燃焼度燃料を取扱うためのコンクリートセルの中性子しゃへい強化整備等についてまとめたものである。

報告書

研究用照射済ベリリウム試料の外国輸送(受託研究)

谷本 政隆; 田口 剛俊; 岡田 学; 塙 善雄; 土谷 邦彦; 池田 昌之*; 藤本 洋一*; Kotov, V.*; Kenzhin, E.*; Kenzhin, Y.*

JAEA-Technology 2011-001, 39 Pages, 2011/03

JAEA-Technology-2011-001.pdf:4.15MB

中性子照射されたベリリウムを処理して再利用することは、資源の有効利用,核不拡散体制の強化などのために行うべき課題である。そこで、現在実施されているJMTRの改修・再稼働の一環として、処理処分方法の検討されており、ベリリウムリサイクルに関する実証試験を国際科学技術センター(ISTC)のプロジェクトがカザフスタン共和国の国立原子力センター原子力研究所(NNC-IAE)と行っている。本報告書は、国際協力ISTCプロジェクトに基づき、研究用照射済ベリリウム試料を原子力機構からカザフスタン共和国のNNC-IAEに外国輸送するための輸送方法の検討を行い、実際に行った照射済ベリリウム試料の輸送結果をまとめたものである。

報告書

高燃焼度燃料照射試験のためのJMTRホットラボの整備; 平成20年度

相沢 静男; 中川 哲也; 岩松 重美; 林 光二; 田山 義伸; 川又 一夫; 米川 実; 田口 剛俊; 金澤 賢治; 近江 正男

JAEA-Technology 2009-070, 27 Pages, 2010/03

JAEA-Technology-2009-070.pdf:7.46MB

原子力機構では重要な安全基盤研究施設の1つとして位置づけられた材料試験炉(JMTR: Japan Materials Testing Reactor)を安定して運転するための改修を進めている。経済産業省原子力安全・保安院からの受託事業「軽水炉燃材料詳細健全性調査」では、これと並行して照射試験装置を整備し軽水炉の燃料及び構造機器の健全性評価にかかわる基準等の整備に資するための照射試験を実施する計画である。同試験の遂行に必要となるホットラボ施設の整備として、平成20年度は、(1)セル中性子しゃへい強化にかかわる申請図書作成等,(2)キャプセル組立装置の詳細設計,(3)燃料照射試験のための国内輸送装置の安全解析,(4)燃料棒中心孔加工装置用ダイヤモンドドリルの刃の確証試験の4項目について検討及び試験を進めた。

報告書

遠隔操作によるEBSD及びTEM用試験片の調製技術開発

田口 剛俊; 加藤 佳明; 相沢 静男

JAEA-Technology 2009-029, 18 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2009-029.pdf:5.37MB

本報告は、軽水炉構造材の高経年化に伴う材料劣化,損傷に関する研究に資するためのJMTRホットラボセル内で行う照射材の切断,研磨,表面処理などから成る試験片調製に関するものである。照射誘起応力腐食割れ(IASCC)試験用の照射済みCT試験片及びSSRT(Slow strain rate tensile)試験片から電子線後方散乱回折(EBSD)観察用及びTEM観察用の2種類の試験片を採取し調製する技術が開発された。これらの試験片調製においては、き裂が進展した脆い部位の取扱い及び小形化等の遠隔操作では技術的な困難さを試行錯誤のうえに克服し的確な調製技術を確立した。

論文

ベリリウム製中性子反射体の製作と管理

塙 善雄; 田口 剛俊; 北岸 茂; 坪井 一明; 土谷 邦彦

UTNL-R-0471, p.5_2_1 - 5_2_8, 2009/03

原子力機構の材料試験炉(JMTR)には、中性子反射体としてベリリウム枠(以下、「Be枠」という。)が装荷されている。このBe枠は、東枠,西枠及び北枠からなり、それぞれ垂直方向に7段に積まれ、ベリリウム反射体要素と組合せて燃料領域で発生する中性子を効果的に反射・減速するためのものである。一方、Be枠は、その燃料領域側と反射体領域側及び垂直方向の高速中性子の照射量に差が生じる。このため、内部に蓄積するヘリウムによるスエリングが不均一となり変形(燃料領域側に湾曲)が進み、やがてBe枠照射孔内に装荷されたキャプセルの冷却条件の悪化と各炉心要素のハンドリングに支障をきたすことになる。これらの悪影響を未然に防ぐため、Be枠の変形(曲がり)量を定期的に測定し、交換時期(以下、「寿命」という)の把握に努めている。Be枠の交換は、JMTRの運転開始から5回行われた。交換作業は、1か月以上の期間を要するため、JMTRの運転計画と寿命とを勘案しながら定期自主検査期間内に交換作業を実施している。なお、交換後の照射済Be枠は、廃棄処理が難しく、JMTRカナル内で水中保管されているのが現状である。本報告は、JMTRで実使用されているBe枠の製作,交換作業,管理及び長寿命化と使用済Be再処理に関する技術開発の課題についてまとめたものである。

論文

IASCC挙動解明のための照射後試験技術

田口 剛俊; 加藤 佳明; 高田 文樹; 近江 正男; 中川 哲也

UTNL-R-0471, p.5_7_1 - 5_7_8, 2009/03

軽水炉の高経年化に伴い、顕在化する可能性のある照射誘起応力腐食割れ(IASCC)に関して、正確な挙動予測及び有効な対策技術の開発が確立していないため、IASCCの発生進展機構の究明を始めた。その一環として、これまでは実施されなかった中性子照射され高放射化した構造材の結晶方位解析を可能とした遠隔操作型結晶方位解析装置の整備及びデータ解析ソフトウェアの開発を行い、ホットセル内に装置を設置した。本報告は当該解析装置に供する試験試料の遠隔操作による最適な試料調製技術についてまとめたものである。これら解析装置の技術開発により、き裂が進展した粒界の粒界性格やき裂周辺の変形挙動を調べることが可能となり、軽水炉構造材料の高経年化対策におけるメカニズム解明に大きな貢献が期待できるとともに高速炉及び次世代炉の炉内構造物の劣化損傷現象をミクロな変形挙動の観点から機構論的に解明するための不可欠なツールとして期待できる。

論文

Preliminary irradiation test for new material selection on lifetime extension of beryllium reflector

田口 剛俊; 相沢 静男; 塙 善雄; 北岸 茂; 土谷 邦彦

JAEA-Conf 2008-010, p.343 - 352, 2008/12

ベリリウムは、中性子吸収断面積が小さく、散乱断面積が大きいため、試験研究炉用の中性子反射体及び減速材として利用されている。JMTRに用いられているベリリウム枠は、中性子照射によりベリリウム内にトリチウム及びヘリウムボイドが発生することにより変形するため、一定期間ごとに交換する必要があり、JMTRの初臨界からこれまでの約40年間に5回の交換が行われる。現在、約2トンの使用済のベリリウム枠がJMTRのカナル内に保管されている。このため、ベリリウム枠の長寿命化のための開発の一環として、JMTRにおいて2種類の金属ベリリウム(S-200F及びS-65C)の予備照射試験を行った。本セミナーでは、照射キャプセルの設計・製作、インナキャプセル中のトリチウムを除去するための開封装置及び照射後の曲りを測定するための高精度寸法測定装置の開発、照射済試料の照射後試験結果について発表する。

論文

Joining techniques development for neutron irradiation tests and post irradiation examinations in JMTR-HL

田口 剛俊; 稲葉 良知; 川又 一夫; 中川 哲也; 土谷 邦彦

JAEA-Conf 2008-010, p.193 - 202, 2008/12

JMTRホットラボは、JMTRと直接カナルと繋がっているため、短い時間で効率的に照射された照射キャプセルをJMTRホットラボに移動できる。照射試験及び照射後試験技術開発の一環として、(1)FPガス圧力計・中心温度測定用熱電対を計装する再計装技術,(2)照射済の材料試料をキャプセルに封入して再度照射を行うための組立て技術,(3)特殊照射キャプセルのための異種接合材の開発,(4)照射済材料の溶接及び試験片加工技術などのさまざまな溶接技術開発を行った。本発表では、これらの溶接技術や開発中の照射後試験を紹介する。

報告書

中性子反射体用ベリリウムの長寿命化に関する予備検討,2; 高精度寸法測定法の開発

田口 剛俊; 塙 善雄; 綿引 俊介; 土谷 邦彦

JAEA-Technology 2008-041, 23 Pages, 2008/06

JAEA-Technology-2008-041.pdf:3.76MB

ベリリウムは、中性子捕獲断面積が非常に小さく、散乱断面積が大きいため、試験研究炉の中性子反射体及び減速材として利用されている。日本原子力研究開発機構が所有する材料試験炉(JMTR)の中性子反射体(ベリリウム枠やベリリウム反射体)として使用されているが、ベリリウム枠に関しては、一定期間ごとに交換する必要がある。このため、ベリリウム反射体の長寿命化のための開発として、金属ベリリウムの予備照射試験を行った。照射試験の終了後、曲がり測定試験片を用いた金属ベリリウム試料の寸法変化を測定した。本報告書は、予備照射試験における照射後試験の一環として開発した高精度寸法測定装置の開発とその結果についてまとめたものである。

報告書

中性子反射体用ベリリウムの長寿命化に関する予備検討,1; 中性子照射キャプセル及びキャプセル開封装置の製作

塙 善雄; 田口 剛俊; 坪井 一明; 斎藤 隆; 石川 和義; 綿引 俊介; 土谷 邦彦

JAEA-Technology 2008-039, 53 Pages, 2008/06

JAEA-Technology-2008-039.pdf:6.18MB

ベリリウムは、中性子捕獲断面積が非常に小さく、散乱断面積が大きいため、試験研究炉の中性子反射体及び減速材として利用されており、材料試験炉(JMTR)の中性子反射体として使用されているベリリウム枠は、S-200Fの金属ベリリウムである。このベリリウム枠は、一定期間ごとに交換する必要があり、JMTRの改修のために停止された165サイクルまでの運転期間のうち、5回の交換が行われた。このため、ベリリウム枠の長寿命化のための開発として、金属ベリリウムの予備照射試験をJMTRを用いて行った。本照射試験では、異なった2種類の金属ベリリウム(S-200F及びS-65C)を準備し、材質の違いによる照射効果を調べた。本報告書は、照射キャプセルの設計製作及びインナーキャプセル中にあるトリチウムを除去するための開封装置の設計製作についてまとめたものである。

報告書

IASCC試験用キャプセルの組立てのための溶接技術の開発

柴田 晃; 川又 一夫; 田口 剛俊; 加治 芳行; 清水 道雄*; 金澤 賢治; 松井 義典; 岩松 重美; 相沢 静男; 田山 義伸; et al.

JAEA-Technology 2008-029, 40 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-029.pdf:25.78MB

照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)は軽水炉の高経年化を考えるうえで最も重要な課題の一つである。IASCCの機構解明のためには、原子炉内でき裂進展試験や定荷重引張試験を行うことが必要とされているが、この試験を実現するためには、JMTRで所定の照射量まで照射をした試験片をホットセル内で遠隔操作により、IASCC試験用キャプセルに組込み、かつキャプセルの組立てを行うという技術的ハードルをクリアしなくてはならなかった。本報告書では照射済みの試験片を装荷したIASCC試験用キャプセルの組み立てのために必要不可欠な、遠隔操作による試験片装荷やキャプセル溶接等の組立技術の確立、すなわち、新たな遠隔操作型溶接装置の開発及び、TIG溶接による肉厚3mmの突き合せ溶接手法の開発について報告する。なお、開発されたこれらの技術を用いて合計8体のIASCC試験用キャプセルをセル内で組立て、JMTRにおいて照射下試験を実施されている。

報告書

IASCC照射試験にかかわるキャプセルの製作,2; き裂発生試験用キャプセル(共同研究)

井手 広史; 松井 義典; 川又 一夫; 田口 剛俊; 金澤 賢治; 小沼 勇一; 渡邊 浩之; 井上 修一; 出雲 寛互; 石田 卓也; et al.

JAEA-Technology 2008-012, 36 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-012.pdf:10.09MB

軽水炉の炉内構造物材料に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼には、高線量の中性子照射を受けると照射誘起応力腐食割れが発生することが知られており、原子力プラントの高経年化対策のためにはその挙動の解明が重要な課題となっている。これまでの研究では中性子照射済試料の照射後試験を行うことにより評価してきたが、IASCCの適切な評価のためには、軽水炉内の環境を模擬した温度,水環境及び照射条件下で試験を行うことが必要である。そこで、照射下での応力腐食割れ試験を行うために、照射下試験用の飽和温度キャプセルを開発した。照射下応力腐食割れ試験には、き裂進展試験,き裂発生試験等があり、本報ではこのうちき裂発生試験を行ったキャプセルについてまとめたものである。

報告書

IASCC照射試験にかかわるキャプセルの製作,1; き裂進展試験用キャプセル(共同研究)

井手 広史; 松井 義典; 川又 一夫; 田口 剛俊; 金澤 賢治; 小沼 勇一; 渡邊 浩之; 井上 修一; 出雲 寛互; 石田 卓也; et al.

JAEA-Technology 2008-011, 46 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-011.pdf:19.39MB

軽水炉の炉内構造物材料に使用されているオーステナイト系ステンレス鋼には、高線量の中性子照射を受けると照射誘起応力腐食割れが発生することが知られており、原子力プラントの高経年化対策のためにはその挙動の解明が重要な課題となっている。これまでの研究では中性子照射済試料の照射後試験を行うことにより評価してきたが、IASCCの適切な評価のためには、軽水炉内の環境を模擬した温度,水環境及び照射条件下で試験を行うことが必要である。そこで、照射下での応力腐食割れ試験を行うために、照射下試験用の飽和温度キャプセルを開発した。照射下応力腐食割れ試験には、き裂進展試験,き裂発生試験等があり、本報ではこのうちき裂進展試験を行ったキャプセルについてまとめたものである。

口頭

分岐を伴う照射材のSCC進展挙動の検討

加治 芳行; 五十嵐 誉廣; 三輪 幸夫; 田口 剛俊; 相沢 静男; 塚田 隆; 菱田 護*; 高倉 賢一*

no journal, , 

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)は、軽水炉炉内機器の信頼性向上にかかわる重要な検討課題である。本研究では、応力拡大係数Kの有効範囲の検討,き裂進展形態の観察を目的として、照射材を用いてき裂進展量を長くした照射後き裂進展試験と有限要素法による解析を実施した。高速中性子照射量1$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$1MeV)まで照射したSUS304鋼を用いて、288$$^{circ}$$C高温水中において初期応力拡大係数Kin=18, 23MPam$$^{1/2}$$の2条件でSCC進展試験を実施した。き裂進展挙動を把握するために、試験片肉厚中央断面において、光学顕微鏡によるき裂の進展状況の観察,微小硬さ試験機を用いたき裂近傍の硬さ測定,後方散乱電子線回折パターン(EBSP)法による粒界性格の測定等を行った。試験片肉厚中央断面におけるき裂進展形態としては、負荷方向に垂直な方向に対して上下約45$$^{circ}$$方向への分岐が観察された。EBSP法による粒界性格測定により、分岐したき裂も含めて結晶粒界を進展しており、主としてランダム粒界を進展していた。また、有限要素法による解析結果から、き裂が分岐した場合には単一き裂の場合と比べて、電位差法によりき裂長さを長めに評価することがわかった。

口頭

高純度SUS304系合金の照射後SSRT特性へのS, P, C, Ti添加の影響

中野 純一; 根本 義之; 沼田 正美; 田口 剛俊; 塚田 隆

no journal, , 

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)へ及ぼす添加元素の影響を調べるために、高純度SUS304系合金を製造し、微量元素、Si, S, P, C, Tiを添加した。JRR-3を用い、3.5$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$1MeV)まで中性子照射を行い、561Kの高温高圧水中で低ひずみ速度引張(SSRT)試験後、破面観察及び硬さ試験を行った。Si及びC添加合金に関しては以前に報告済みである。P添加合金では、他の合金よりも低い約15%の粒界型応力腐食割れ(IGSCC)破面率を示し、P添加によりIASCC感受性が低下したといえる。S添加合金では照射量6.7$$times$$10$$^{24}$$n/m$$^{2}$$の場合とほぼ同じIGSCC破面率でありSCC感受性が低照射量で飽和していたと見られる。粒界と粒内で硬さに差はなかったが、Cを含む合金の硬さは、他の合金よりも高い値となり、Cの添加による硬化が顕著に現れた。

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