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論文

FE-SEM observations of multiple nanohillocks on SrTiO$$_{3}$$ irradiated with swift heavy ions

喜多村 茜; 石川 法人; 近藤 啓悦; 藤村 由希; 山本 春也*; 八巻 徹也*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 44(3), p.85 - 88, 2019/06

高速重イオンがセラミックスに真上から入射すると、イオン一つに対してヒロック(ナノメートルサイズの隆起物)が一つ表面に形成される。一方で近年、SHIがチタン酸ストロンチウム(SrTiO$$_{3}$$)や酸化チタン(TiO$$_{2}$$)の表面をかするように入射した場合、表面にはイオンの飛跡に沿って連続的に複数個のヒロックが形成されると報告された。これらは原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察されており、観察結果にはAFMのプローブ寸法由来の測定誤差を含んでいる。そこで本研究では、ヒロックのサイズより十分小さい分解能(1.5nm)を有し、非接触で観察可能な電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて連続ヒロックを観察し、形状の違いを検討した。SrTiO$$_{3}$$はNbを添加することで電気伝導性が発現する。SrTiO$$_{3}$$(100)とNbを0.05wt%添加した単結晶SrTiO$$_{3}$$(100)に対し、350MeVのAuビームを、単結晶表面に対するイオンの入射角が2度以下となるよう照射した。照射後のFE-SEM観察によって、SrTiO$$_{3}$$(100)表面には長さ数百nmにわたって直径20nmのヒロックが連続的に形成されていた一方で、Nbを添加したSrTiO$$_{3}$$(100)表面では、ほぼ同じ長さで凹状に溝が形成されていることがわかった。これらの形状の違いは電気伝導性とそれによる熱伝導性の違いが起因し、イオントラックの温度が融点付近になるSrTiO$$_{3}$$(100)ではヒロックが、昇華温度にまで上昇するNb添加SrTiO$$_{3}$$(100)では溝ができると考えられる。

口頭

ADSターゲットビーム窓材(SS316L)の液体金属中腐食に及ぼす照射の影響

大久保 成彰; 藤村 由希; 喜多村 茜; 奥野 泰希; 近藤 啓悦

no journal, , 

加速器駆動未臨界システム(ADS)では、核破砕中性子源及び炉心冷却材として、鉛ビスマス液体金属を用いる。本研究では、ADSターゲット窓候補材の一つであるSS316L鋼に対して、イオン照射後に鉛ビスマス中にて浸漬試験を行い、材料腐食に及ぼす照射の影響を評価した。照射温度450$$^{circ}$$C、表面にて4及び8dpaまでの損傷量までFeイオン照射した316L鋼を、飽和酸素濃度, 低酸素濃度に調整した450$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中にて330時間浸漬し、表面の腐食状態を断面SEM等により観察した。未照射部では、酸化被膜が十分に形成しない環境において、照射により酸化腐食が促進した。また、鉛ビスマス中への鉄等の流出も照射部において観察された。以上のように、液体金属中で照射を受ける材料では、鉛ビスマス界面での物質移行過程が重要であることを示す結果が得られた。

口頭

Irradiation effects of ADS target window materials on corrosion in liquid metal

大久保 成彰; 藤村 由希; 喜多村 茜; 奥野 泰希

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、使用済核燃料の減容化に向けて、加速器駆動未臨界システム(ADS)の研究開発を行っている。ADSでは、核破砕中性子源及び炉心冷却材として、鉛ビスマス液体金属を用いる。本研究では、ADSターゲット窓候補材に対して、イオン照射後に鉛ビスマス中にて浸漬試験を行い、材料腐食に及ぼす照射の影響を評価した。照射温度450$$^{circ}$$C、表面にて4、8dpaの損傷量までFeイオン照射したSUS316L鋼及びT91鋼を、飽和酸素濃度及び低酸素濃度に調整した450$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中にて330時間浸漬し、腐食形態を断面SEMにより観察した。飽和酸素濃度下における浸漬試験の結果、316L未照射部では、不動態被膜以上の酸化被膜形成は生じなかったが、照射により1$$mu$$m程度の酸化被膜の形成が観察された。T91においても同様に、照射部において酸化被膜の形成が促進された。316L照射部の酸化被膜形成速度は、未照射部の約2倍であった。照射部では、450$$^{circ}$$C照射により転位組織やボイド等が形成し、その後の450$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中浸漬温度によりボイドは熱分解し、空孔を介して鉄や酸素原子の拡散が促進されることにより、照射部では酸化速度が増えていると考えられる。

口頭

高速重イオンの斜入射により酸化物単結晶表面に形成される連続ヒロックのFE-SEM観察

喜多村 茜; 石川 法人; 近藤 啓悦; 藤村 由希; 山本 春也*

no journal, , 

高速重イオンがセラミックスに真上から入射すると、イオン一つに対してヒロック(ナノメートルサイズの隆起物)が一つ表面に形成される。一方で、高速重イオンがチタン酸ストロンチウム(SrTiO$$_{3}$$)や酸化チタン(TiO$$_{2}$$)などの試料表面をほぼ平行に斜入射すると、イオンの飛跡に沿って連続的に複数個のヒロック(連続ヒロック)が形成される。先行研究では原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察されており、観察結果にはAFMのプローブ寸法由来の測定誤差が含まれている。本研究では、ヒロックのサイズより十分小さい分解能(1.5nm)を有する電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて連続ヒロックを観察し、形状変化過程について検討した。最も知られている連続ヒロックの形成過程は、試料の結晶構造に由来した電子濃度の分布が入射イオンのエネルギー付与強度に起因して規則的に等間隔でヒロックが形成されるとしている。本研究ではSrTiO$$_{3}$$表面での連続ヒロックが、等間隔に形成されていなかったことから、SrTiO$$_{3}$$にNbを添加して電気伝導性を発現させた電子濃度の偏りが小さい試料を用いて比較検討を行った。これらの結果から、連続ヒロックの形成メカニズムとして、試料表面でイオン飛跡付近が溶融した後に溶融部分がレイリー不安定性に基づいて球状に分裂するという新しいモデルを提案する。

口頭

研究開発におけるサポート業務

藤村 由希

no journal, , 

原子力機構では、原子力分野の多様性を重視した研究環境および働き方改革を目指した活動に取り組んでいる。原子力分野の発展には、研究者やプラント設計や発電所運転、現場の保守管理などを担う技術者、理解活動などを行う人々などとの幅広いコミュニケーションが重要であり、性別・年齢・国籍を超えた多用な人材が意見交換を行う環境を整える必要があると考えられている。日本原子力学会2019年春の年会では、若手や外国籍の研究者・技術者の交流等に重点を置いたポスターセッションが実施されるため、現在の業務内容について報告を行う。

口頭

はんだ複合材料の合成

社本 真一; 伊藤 孝; 保田 諭; 藤村 由希; 近藤 啓悦

no journal, , 

はんだは元々共晶点金属間化合物であり、複合材料の典型例である。今回、我々は超電導線材の低抵抗接続用のはんだとして、カーボンナノチューブ ・はんだ複合材料および、超電導体・はんだ複合材料の合成を行ったので報告する。

口頭

Irradiation effects of ADS component materials on compatibility with liquid lead bismuth alloy

大久保 成彰; 藤村 由希

no journal, , 

加速器駆動未臨界システム(ADS)では、核破砕中性子源及び炉心冷却材として、鉛ビスマス液体金属(LBE)を用いる。本研究では、ADS炉内機器候補材の一つであるSS316L鋼に対して、イオン照射後に鉛ビスマス中にて浸漬試験を行い、材料との共存性に及ぼす照射効果を評価した。照射温度450$$^{circ}$$C、表面にて8dpaの損傷量までFeイオン照射した316L鋼を、飽和酸素濃度及び低酸素濃度に調整した450$$^{circ}$$Cの鉛ビスマス中にてそれぞれ330時間浸漬し、断面SEM観察を行った。その結果、飽和酸素濃度の場合、照射部では、未照射部に比べて、酸化皮膜の厚さが約2倍となった。また、酸化皮膜が十分に形成しない低い酸素濃度環境において、照射により酸化皮膜形成が促進された。照射部では、450$$^{circ}$$C照射により転位組織やボイド等が形成される。450$$^{circ}$$CというLBE中浸漬温度によりボイドは空孔へ熱分解し、FeやCr等の空孔拡散を促進する。照射誘起偏析モデルからおおよそ粒径程度(数10$$mu$$m)拡散すると見積もられ、酸素は格子間原子と置換し、酸化反応と相まって内方拡散が助長される。以上から、照射部では、照射欠陥によりFeの外方拡散が進むことになり、低い酸素濃度のLBE中でも、酸化皮膜が形成したと考えられる。

口頭

Long term thermal aging effect on SCC initiation susceptibility of L-grade stainless steels

加治 芳行; 青木 聡; 藤村 由希; 近藤 啓悦

no journal, , 

本研究では、低炭素ステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)発生感受性に及ぼす長時間熱時効の影響について検討した。BWR模擬環境におけるすき間付曲げ試験の結果、316系低炭素ステンレス鋼の冷間加工+長時間熱時効材にSCC発生感受性の増加が認められた。透過電子顕微鏡等を用いたミクロ組織観察の結果、316系低炭素ステンレス鋼の冷間加工材は、長時間熱時効によりミクロ組織が変化し、局所的な変形が律速になることがSCC感受性が増加した原因の1つと考えられることが分かった。

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