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論文

Ultra-high temperature creep rupture and transient burst strength of ODS steel claddings

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

Journal of Nuclear Materials, 516, p.347 - 353, 2019/04

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

一般的に耐熱マルテンサイト鋼の高温でのクリープ強度はオーステナイト鋼に比較し劣ることが知られているが、超高温である1000$$^{circ}$$Cにおける9Cr-ODS鋼被覆管のクリープ強度は、耐熱用オーステナイトステンレス鋼と比較しても卓越強度を示すことが明らかになった。1000$$^{circ}$$Cでのクリープ強度は、650から850$$^{circ}$$Cのデータを使用し定式化し、予想した破断強度よりも高いものであった。この優れた強度は、9Cr-ODS鋼の母相が$$alpha$$から$$gamma$$相に相変態することに起因すると考えられる。また、9Cr-ODS鋼被覆管の急速加熱バースト強度も、一般的な11Cr-耐熱マルテンサイト鋼であるPNC-FMS被覆管に比較し高い傾向であった。累積損傷和(CDF)を使用し解析することにより、ある程度の精度をもって、過渡時や事故時の9Cr-ODS鋼及びPNC-FMS被覆管の寿命予測が可能となることを示すことができた。

論文

Technical basis of accident tolerant fuel updated under a Japanese R&D project

山下 真一郎; 永瀬 文久; 倉田 正輝; 野澤 貴史; 渡部 清一*; 桐村 一生*; 垣内 一雄*; 近藤 貴夫*; 坂本 寛*; 草ヶ谷 和幸*; et al.

Proceedings of 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/09

我が国では、事故耐性燃料の技術基盤を整備するために2015年に軽水炉の事故耐性燃料等(ATFs)に関する研究開発プロジェクトが立ち上がった。日本原子力研究開発機構は、国内のプラントメーカ, 燃料メーカ, 大学等が有する国内軽水炉においてジルカロイを商用利用した際の経験、知識を最大限活用するために、これらの機関と協力して本プロジェクトを実施するとともに取りまとめを行っている。プロジェクトの中で検討されているATF候補材料は、微細な酸化物粒子を分散することで強化されたFeCrAl鋼(FeCrAl-ODS鋼)と炭化ケイ素(SiC)複合材料であり、通常運転時の燃料性能は同等かそれ以上で、事故時にはジルカロイよりも長い時間原子炉炉心においてシビアアクシデント条件に耐えることが期待されている。本論文では、日本のプロジェクトで実施中の研究開発の進捗について報告する。

論文

Overview of Japanese development of accident tolerant FeCrAl-ODS fuel claddings for BWRs

坂本 寛*; 平井 睦*; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; 山路 哲史*; 草ヶ谷 和幸*; 近藤 貴夫*; 山下 真一郎

Proceedings of 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM 2017) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2017/09

本論文では、現在、経済産業省のプログラムにおいて進められている沸騰水型原子炉(BWR)用事故耐性FeCrAl-ODS燃料被覆管の開発の状況について概要を述べる。本プログラムでは、多種多様な内容の研究により、軽水炉において事故耐性燃料等を実用化するために必要な技術基盤を整備することが目的である。FeCrAl-ODS燃料被覆管の開発においては、実験研究と解析研究の両方を実施してきており、FeCrAl-ODS燃料被覆管の主要な材料特性に関しては、解析研究における評価を実験的にもサポートするために、本事業で製作した各種形状の試験片を用いてデータ取得やデータ拡充を行う。本事業では、機械的な特性に及ぼす中性子照射の影響を調べるために、米国オークリッジ国立研究所の高照射束炉(HFIR)を用いた中性子照射試験も実施している。

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:9 パーセンタイル:4.24(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

Evaluation on tolerance to failure of ODS ferritic steel claddings at the accident conditions of fast reactors

上羽 智之; 矢野 康英; 大塚 智史; 永沼 正行; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 加藤 章一; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; et al.

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 7 Pages, 2017/04

酸化物分散強化型(ODS)フェライト鋼は、高速炉燃料要素用に開発している長寿命被覆管候補材料である。実証炉規模の高速炉で冷却材喪失(LOF)型および過出力(TOP)型の事故を想定した場合のODSフェライト鋼被覆管の破損耐性を累積損傷和(CDF)によって評価し、受動的炉停止システムが動作するまでCDFが破損目安値の1.0を十分に下回るという結果を得た。

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:1 パーセンタイル:76.21(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

Oxide dispersion-strengthened/ferrite-martensite steels as core materials for Generation IV nuclear reactors

鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二; de Carlan, Y.*; Ribis, J.*; Malaplate, J.*

Structural Materials for Generation IV Nuclear Reactors, p.357 - 414, 2017/00

酸化物分散強化型(ODS)鋼は、第四世代炉の被覆管として有望視されている。本稿では、日本およびフランスで進められてきたODSフェライト/マルテンサイト鋼の開発状況の概要を述べる。まず、ODSフェライト/マルテンサイト鋼の化学組成を示す。次にフェライト系ODS鋼およびマルテンサイト系ODS鋼について、それぞれ再結晶および$$alpha$$/$$gamma$$相変態を利用した製管・組織制御技術について述べる。最適化された製造技術は基本的に両国共通である。端栓接合技術としては、加圧抵抗溶接法の開発が進められている。ODSフェライト/マルテンサイト鋼が優れた高温強度と耐照射性を有することが確認されている。

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:3 パーセンタイル:42.29(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

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 and Engineering A, 617, p.61 - 65, 2014/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.78(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

High temperature reaction tests between high-Cr ODS ferritic steels and U-Zr metallic fuel

大塚 智史; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*; 井上 賢紀; 奥田 隆成*; 木村 晃彦*

Journal of Nuclear Materials, 441(1-3), p.286 - 292, 2013/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.81(Materials Science, Multidisciplinary)

高Cr-ODS鋼とU-Zr金属燃料の高温反応試験を実施した。高Cr-ODS鋼にAlを添加することで、反応開始温度が約50K向上することがわかった。既存の熱力学データに基づく活量計算を行った結果、Al添加による界面のalpha-Zr層の安定化が反応抑制に寄与している可能性が示された。

論文

酸化物分散強化型(ODS)フェライト鋼

鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二

日本原子力学会誌, 54(11), p.750 - 754, 2012/11

高温強度と耐照射性に優れたODSフェライト鋼をNa冷却高速増殖炉の燃料被ふく管に適用すべく、日本原子力研究開発機構が中心になって、一貫した実用化技術開発が進められている。また、鉛ビスマスや超臨界圧水冷却材に対する優れた耐食性を有するAl添加高CrODS鋼も京都大学が中心に開発されている。これらは我が国の独自技術として国際的にも注目され、その期待度は大きい。

論文

Fuel pin irradiation test at up to 5at% burnup in BOR-60 for oxide-dispersion-strengthened ferritic steel claddings

皆藤 威二; 鵜飼 重治*; Povstyanko, A. V.*; Efimov, V. N.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 46(6), p.529 - 533, 2009/06

日本原子力研究開発機構(JAEA)では高速炉燃料の高燃焼度を達成し得る被覆管材料として酸化物分散強化型フェライト鋼(ODS鋼)の開発を進めている。ODS鋼被覆管の照射性能を確認するために、ロシア原子炉科学研究所(RIAR)との共同研究として高速実験炉BOR-60を使用した燃料ピン照射試験を実施している。第1期の照射試験でピーク燃焼度5.1at%、被覆管のはじき出し損傷量21dpaまでの燃料ピンの健全性を確認した。また、破壊試験によりODS鋼被覆管の内面腐食量(FCCI)が十分に小さいことを確認した。この照射試験の結果、ODS鋼被覆管と低O/M比燃料の組合せが高燃焼燃料のための最適な燃料ピンシステムであることが示唆された。

論文

High-temperature strength characterization of advanced 9Cr-ODS ferritic steels

鵜飼 重治*; 大塚 智史; 皆藤 威二; 酒瀬川 英雄*; 近田 伸芳*; 林 重成*; 大貫 惣明*

Materials Science and Engineering A, 510-511, p.115 - 120, 2009/06

 被引用回数:63 パーセンタイル:4.05(Nanoscience & Nanotechnology)

ODSフェライト鋼は、973K近傍で優れた高温強度を示すことから、先進高速炉燃料要素の候補材料として注目されている。この9Cr-ODS鋼の優れたクリープ強度は、非平衡のフェライト相(残留$$alpha$$フェライト相)により生じることがわかっている。本研究において、ナノインデンターによる残留$$alpha$$フェライト相の強度評価を実施し、その降伏応力は1360MPa(室温)と極めて高強度であることがわかった。また、分散強化理論から予測される結晶粒内変形のしきい応力以下でクリープ変形は生じること、このクリープ変形はおもに結晶粒界やパケット境界におけるすべり変形によるものであり、マルテンサイト相に含まれるパケット境界頻度の低下に伴いクリープ強度は向上することがわかった。以上より、9Cr-ODS鋼は、マルテンサイトマトリックスに強化相としての残留$$alpha$$フェライト相を含むことで優れた高温強度を発現する材料であり、通常の耐熱鋼と異なり、繊維強化複合材料的な挙動を示すと言える。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 1; Introduction and alloy design

木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 岩田 憲幸*; 岸本 弘立*; Zhang, C. H.*; Isselin, J.*; Dou, P.*; Lee, J. H.*; Muthukumar, N.*; 奥田 隆成*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9220_1 - 9220_8, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の合金設計について評価した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 2; Effect of minor alloying elements

大貫 惣明*; 橋本 直幸*; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 皆藤 威二; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9306_1 - 9306_5, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の微量合金元素の影響について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 3; Development of high performance attrition type ball mill

奥田 隆成*; 藤原 優行*; 中井 辰良*; 柴田 憲一*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 藤澤 敏治*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9229_1 - 9229_4, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の高性能アトライタについて強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 6; Corrosion behavior in SCPW

Lee, J. H.*; 木村 晃彦*; 笠田 竜太*; 岩田 憲幸*; 岸本 弘立*; Zhang, C. H.*; Isselin, J.*; Dou, P.*; Muthukumar, N.*; 奥田 隆成*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9223_1 - 9223_6, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の超臨界水における腐食について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 5; Mechanical properties and microstructure

笠田 竜太*; Lee, S. G.*; Lee, J. H.*; 大村 高正*; Zhang, C. H.*; Dou, P.*; Isselin, J.*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; et al.

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9072_1 - 9072_5, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の機械的性質と組織について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 7; Corrosion behavior and mechanism in LBE

佐野 浩行*; 藤澤 敏治*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 鵜飼 重治*; 大貫 惣明*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9308_1 - 9308_5, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼のLBEにおける腐食について強化した結果について報告する。

論文

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 9; Damage structure evolution under electron-irradiation

大貫 惣明*; 橋本 直幸*; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 皆藤 威二; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9307_1 - 9307_4, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の電子線照射による組織損傷について強化した結果について報告する。

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