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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:14 パーセンタイル:66.99(Materials Science, Multidisciplinary)

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

Solid spallation target materials development

川合 將義*; 古坂 道弘; Li, J.-F.*; 川崎 亮*; 山村 力*; Mehmood, M.*; 栗下 裕明*; 菊地 賢司; 竹中 信幸*; 鬼柳 善明*; et al.

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1087 - 1096, 2003/07

中性子源として最高性能を誇るタングステン固体ターゲットを実用化するため、薄板状のタンタル被覆タングステンターゲットを製作した。ポイントは熱応力を下げるため、数mmの薄板にし、かつ温度監視のために熱電対孔を設けつつ、HIPによる拡散接合で製作したことである。HIP条件は既に明らかにした条件で行い、超音波顕微鏡観察の結果、接合は完璧であった。もう一つの方法として、複雑形状に対応でき、かつタンタル厚さを薄くできる電気メッキ法も確立した。

論文

R&D of a MW-class solid-target for spallation neutron source

川合 將義*; 古坂 道弘*; 菊地 賢司; 栗下 裕明*; 渡辺 龍三*; Li, J.*; 杉本 克久*; 山村 力*; 平岡 裕*; 阿部 勝憲*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 318, p.35 - 55, 2003/05

将来の核破砕施設で使用可能な、MW級の中性子源固体タングステンターゲットの開発を行った。Wを腐食から守るため、3つのコーテング技術を研究した。HIP,ろう付け,メッキである。HIP法は前報で最適化した条件が接合力の観点からも言えるかどうかを微小押し込み試験法で調べた。その結果、接合部からの亀裂発生荷重が最も高いことが証明され、確かに最適化条件であることを再確認した。たの2つの方法は、基礎的な技術としてターゲット製作に応用可能であることを示した。コーテングが無い場合のWのエロジョンを流水下で調べた。高速度ではエロージョンが発生しやすい。固体ターゲットの設計では、スラブ型と棒型を設計した。1MWターゲットの中性子特性に関する限り、固体ターゲットのほうが、水銀より優る。

論文

SUS系タングステン合金と高純度タングステンの熱特性測定

川合 將義*; Li, J.*; 渡辺 龍三*; 栗下 裕明*; 菊地 賢司; 五十嵐 廉*; 加藤 昌宏*

第23回熱物性シンポジウム論文集, p.313 - 315, 2002/11

タングステンは中性子の収量が高く、重金属の中では半減期が短いため、核破砕中性子源ターゲット材料の候補として選ばれた。しかし、タングステンは、放射線下での冷却水への耐食性と耐照射性を改善する必要がある。しかも、核破砕中性子源では発熱密度が数MW/m$$^{3}$$と高く、冷却水の流速を上げる必要がある。例えば、秒速5mではタングステンの損耗速度が静水中に比べて50倍ほど高まるというデータが、杉本の腐食試験によって得られている。そのため、タングステン結晶粒の間にステンレス鋼相のネッワークが形成され、タングステン粒子がステンレス鋼相に包まれるような重合金型複合材料が強靭性と耐食性に強いターゲット材料として期待されている。われわれは、成形自由度の高い粉末冶金プロセスを使用して、ステンレス鋼を結合相とするタングステン/ステンレス鋼系重合金型焼結合金を作製し、その液相焼結組織及び焼結体の機械的・熱的特性を評価することにより、核破砕中性子源用ターゲット用の材料開発を行った。得られた合金の密度は比較的高いが、完全な液相系合金でなく、熱伝導度は理論値に比べて低いものであった。今後、さらなる改良が必要である。

口頭

放射線と衝撃に強い機能材料の創成研究の進展,5; HIP法Ta被覆W標的の急冷試験

竹中 信幸*; 菊地 賢司; 鬼柳 善明*; 川合 將義*; Li, J.-F.*; 五十嵐 廉*

no journal, , 

高エネルギー陽子加速器の固体ターゲットに用いることを想定してHIP法により製作したTa被覆Wターゲットの水急冷実験を行った。運転中に冷却水喪失が起こり、kWオーダーの崩壊熱によるターゲット温度上昇を想定したときに、再冷却プロセスに対するHIP接合の耐久性を調べる目的である。実験の結果、ターゲット温度が500度以下であれば、急冷してもターゲットは健全であることを確認した。

口頭

水銀標的における耐ピッティング損傷向け2重被覆ステンレス板の開発

川合 將義*; 二川 正敏; 直江 崇; 山村 力*; 五十嵐 廉*

no journal, , 

大強度陽子加速器施設J-PARCの核破砕中性子源の水銀標的は、パルス幅1マイクロ秒,25Hzの陽子ビームを受けてパルス中性子を発生する。入射陽子ビームパワーが極めて大きく、水銀中にバブルの発生消滅に伴う圧力波によって水銀容器や入射窓がピッティング損傷を受ける。材料表面を硬化処理により若干の寿命延伸効果を得られるが、母材表面の疲労が大きく、目標は達成されない。その疲労を抑止するため圧力波減衰用の材料を挟みこんだ2重膜被覆ステンレス板の効果について有限要素法で解析し、また実験研究を実施した。

口頭

高エネルギー量子場の材料損傷機構研究と高性能材料の開発,9; 多層被覆法によるピッティング損傷抑制効果

直江 崇; 二川 正敏; 川合 將義*; 山村 力*; 五十嵐 廉*

no journal, , 

J-PARCのパルス核破砕中性子源では、水銀標的内の圧力波に励起されるキャビテーションによって生じる標的容器のピッティング損傷の抑制が高出力化への最重要課題となっている。そこで、容器壁面に負荷される局所衝撃力の緩和、及び繰返し衝撃によって生じる微小き裂の進展に伴う疲労強度低下を抑制するという観点から、多重層被覆材に着目し、数値解析により損傷抑制に効果的な被覆層厚さについて最適化設計を行った。さらに、拡散接合法で製作した試験体に対して水銀中でピッティング損傷試験を行い、多重層被覆の効果について検討した。

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