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報告書

Conceptual design of SC magnet system for ITER, V; Material

中嶋 秀夫; 西 正孝; 江草 茂則; 吉田 清; 辻 博史; 瀬口 忠男; 萩原 幸; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*

JAERI-M 91-124, 41 Pages, 1991/08

JAERI-M-91-124.pdf:1.17MB

超電導マグネットの開発において、材料特性のデータベースは無くてはならないものである。原研では、超電導材料の臨界電流密度、構造材料の極低温での機械的特性および複合材の照射効果のデータ等の測定を行ない、貴重なデータベースを保有している。これらのデータを公表することは、ITERの超電導マグネットシステムを設計・製作する上で貴重であり、ここに記述する。

論文

Radiation degradation studies of the mechanical properties of polymer matrix composites used in fusion magnets

江草 茂則; 瀬口 忠男; 萩原 幸; 中嶋 秀夫; 島本 進; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*

Radiation Effects on Polymers, p.591 - 608, 1991/00

核融合炉用超電導磁石中で使用される高分子複合材料の機械的性質に対する放射線照射効果に関して、著者らによる1983年以降の研究成果をレビューする。このレビューでは、室温或は5Kで$$^{60}$$Co-$$gamma$$線及び中性子照射されたのち、77K、4.2K、及び室温で試験されたガラス繊維強化高分子複合材料の機械的性質について紹介する。その実験結果に基づいて、複合材料の放射線劣化機構を提案するとともに、複合材料の種類、試験温度、放射線の種類、及び照射温度等の因子について考察する。

論文

Effects of neutron irradiation on polymer matrix composites at 5K and at room temperature, I; Absorbed-dose calculation

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*

Journal of Nuclear Materials, 148(1), p.43 - 52, 1987/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:76.67(Materials Science, Multidisciplinary)

米国アルゴンヌ国立研究所の強力パルス中性子源で中性子照射された4種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ、ガラス/ポリイミド、カーボン/エポキシ、カーボン/ポリイミド)試験片の中における吸収線量の空間分布を計算により求めた。この計算は、反跳粒子のBragg曲線と複合材料中の繊維配列を考慮して行なった。その結果、中性子スペクトルと複合材料の種類に依って異なるが、複合材料中のマトリックス樹脂部に付与される反跳陽子のエネルギーは、マトリックス樹脂担体の場合の0.55-0.79倍しかないことがわかった。これは、マトリックス樹脂中で発生した反跳陽子のあるものは繊維の中へ逃げ込むからである。Eガラス繊維中で$$^{1}$$$$^{0}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li反応により生成する$$alpha$$$$^{7}$$Li粒子によるエネルギー付与の空間分布も同様にして計算された。これらの結果に基づき、有機複合材料に対する中性子フルエンスから吸収線量への換算係数を求めた。

論文

Effects of neutron irradiation on polymer matrix composites at 5K and at room temperature, II; Degradation of mechanical properties

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*

Journal of Nuclear Materials, 148(1), p.53 - 60, 1987/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:75.06(Materials Science, Multidisciplinary)

米国アルゴンヌ国立研究所の強力パルス中性子源で中性子照射された4種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ、ガラス/ポリイミド、カーボン/エポキシ、カーボン/ポリイミド)試験片の機械的性質を77kで測定した。これら複合材料のヤング率は、5k照射では3.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$、室温照射では1.6$$times$$10$$^{1}$$$$^{9}$$n/cm$$^{2}$$の中性子フルエンスまで照射されてもほとんど変化しなかった。しかし、極限破壊強度の方は吸収線量とともに減少した。この中性子照射の結果と$$^{6}$$$$^{0}$$Co-$$gamma$$線照射の結果との比較から、ガラス/エポキシとガラス/ポリイミドの複合材料の放射線感受性は中性子のほうが$$gamma$$線よりも1.8-2.6倍も高いことがわかった。また、5kと室温での照射温度の効果については、今回は5kで照射された試験片が一度室温に昇温されたためか、機械的性質の劣化挙動は5k照射でも室温照射でもほぼ同じであった。

論文

Annealing effects on the mechanical properties of organic composite materials irradiated with $$gamma$$-rays

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*; 萩原 幸

Journal of Nuclear Materials, 127, p.146 - 152, 1985/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:81.95(Materials Science, Multidisciplinary)

5種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ、ガラス/ポリイミド、カーボン/エポキシ、カーボン/ポリイミド、アルミナ/エポキシ)を室温で$$^{6}$$$$^{0}$$Co-$$gamma$$線照射したのち、真空中180$$^{circ}$$Cで2時間のアニールを行った。アニールする前の3点曲げ試験の結果から、これらの有機複合材料は2000Mradまでの照射ではその機械的性質はほとんど低下しないことがわかった。しかし、アニール後の3点曲げ試験の結果から、これらの有機複合材料の機械的性質は著しく低下し、その原因は潜在的放射線損傷がアニールにより活性化されるためであることが明らかになった。これらの事実に基づいて、極限強度の吸収線量依存性に対する表式化を試みた。実際、得られた式は実験結果をよくフィットできることがわかった。

論文

Neutron and $$gamma$$-ray irradiation effects in composite organic insulators

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*; 萩原 幸

Journal of Nuclear Materials, 133-134, p.795 - 799, 1985/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:59.87(Materials Science, Multidisciplinary)

5種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ,カーボン/エポキシ,ガラス/ポリイミド,カーボン/ポリイミド,アルミナ/エポキシ)を5Kと室温で中性子照射したのち、3点曲げ試験を室温で行なった。ヤング率、せん断弾性係数、極限(破壊)強度、および破壊生長エネルギーについて解析した結果、ガラス繊維強化複合材料はカーボン繊維やアルミナ繊維強化複合材料と比較して、中性子による照射損傷が顕著であることがわかった。この結果は、Eガラス中のB$$_{2}$$O$$_{3}$$が中性子と反応し、$$^{1}$$$$^{0}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li反応により生成される高エネルギーの反跳粒子がガラス繊維とマトリックスの界面を破壊することを反映している。一方、$$^{6}$$$$^{0}$$Co-$$gamma$$線照射の場合にはこの反応が存在しないため、機械的強度の低下は相対的に小さい。77Kでの3点曲げ試験の結果についても報告する。

論文

Neutron irradiation effects on the mechanical properties of organic composite materials

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*

Journal of Nuclear Materials, 126, p.152 - 159, 1984/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:79.24(Materials Science, Multidisciplinary)

5種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ、カーボン/エポキシ、ガラス/ポリイミド、カーボン/ポリイミド、アルミナ/エポキシ)を5Kと室温で中性子照射したのち、3点曲げ試験を室温で行った。これらの複合材料のヤング率は5.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$(E$$>$$0.1MeVでは1.4$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$)の中性子照射(室温)を受けても変化しない。一方、せん断弾性係数と極限(破壊)強度は、ガラス/エポキシとガラス/ポリイミドの複合材料の場合に限りこの中性子フルエンスにおいて明らかに低下するが、他の複合材料の場合には全く低下しない。この結果は、Eガラス中のB$$_{2}$$O$$_{3}$$が中性子と反応し、$$^{1}$$$$^{0}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li反応により生成される高エネルギー反跳粒子がガラス繊維とマトリックスの界面を破壊するためであると結論される。5Kでの中性子照射では、最高1.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$(E$$>$$0.1MeVでは7.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{7}$$n/cm$$^{2}$$)のフルエンスでも機械的性質の劣化は観測されない。

論文

Irradiation effects on the mechanical properties of composite organic insulators

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*; 萩原 幸; 河西 俊一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, B1, p.610 - 616, 1984/00

4種類の有機複合材料(充てん材:ガラス、カーボン繊維、マトリックス:芳香族エポキシ、ポリイミド)に対し、室温での電子線照射、及び室温もしくは5Kでの中性子照射を行ない、材料の機械強度の変化を測定して複合材料の放射線劣化に対する線質の効果を検討した。電子線は~15,000Mradまで、中性子は~500Mradまで照射した。線質効果は三点曲げ応力破壊における亀裂成長エネルギーの線量当りの変化速度から評価した。中性子の大線量照射データが不足しているため今後より詳細な検討が必要であるが、これまでのデータに対する考察では、単位線量当り、中性子/電子線=7/1の割合で中性子のほうが劣化促進効果が大きいと推論された。

論文

Mechanical properties of organic composite materials irradiated with 2MeV electrons

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*; 萩原 幸; 河西 俊一

Journal of Nuclear Materials, 119(2-3), p.146 - 153, 1983/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:81.72(Materials Science, Multidisciplinary)

4種類の有機複合材料(充てん材:ガラス、カーボン;マトリックス:エポキシ、ポリイミド)に対し、2MeVの電子線を室温にて照射し、機械特性の変化を測定した。いずれの試料でもヤング率は15,000Mrad照射後も有意な変化を示さなかった。これに対し、せん断係数および破壊強度はガラス/エポキシ系では2,000Mradから低下し、他の試料では5,000~10,000Mradで低下した。この結果は、界面における接着剥離が照射により起こり、マトリックスから充てん材への荷重伝達能力が低下したためと推論された。破壊挙動として、破壊(亀裂)生長エネルギーが照射のかなり初期から増大した。この事実は界面における接着強度の低下が起こるためと結論した。

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