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柴田 大受; 國本 英治*; 衛藤 基邦*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 奥 達雄*; 丸山 忠司*
Journal of Nuclear Science and Technology, 47(7), p.591 - 598, 2010/07
被引用回数：10 パーセンタイル：56.32(Nuclear Science & Technology)超高温ガス炉(VHTR)の炉内には、黒鉛構造物が用いられる。著者らは、HTGRやVHTRの黒鉛構造物についての技術的検討を行い、日本原子力学会「高温ガス炉黒鉛構造物規格化のための調査検討」特別専門委員会での議論を経て、黒鉛構造物の規格原案として取りまとめた。その中で、黒鉛構造物の設計に用いるIG-110黒鉛の寸法変化を含む照射特性変化に関して、H-451黒鉛,ATR-2E黒鉛の照射データを活用し、高速中性子照射量6
10
n/m
(E
0.1MeV)までの範囲で、IG-110黒鉛の既存の照射データの内外挿により評価曲線を導出することに成功した。本研究では、照射寸法変化データの2次式の内外挿方法の有効性について、3次式との比較検討を行った。その結果、現時点で利用可能なIG-110黒鉛については、提案した2次式による内外挿方法が妥当であることを明らかにした。
柴田 大受; 衛藤 基邦*; 國本 英治*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 奥 達雄*; 丸山 忠司*
JAEA-Research 2009-042, 119 Pages, 2010/01
JAEA-Research-2009-042.pdf:26.28MB
高温工学試験研究炉(HTTR)の黒鉛構造物の設計にあたっては日本原子力研究開発機構で独自に定めた黒鉛構造設計方針等が適用されたが、実用高温ガス炉のための標準化した規格体系は整備されていない。そこで著者らは、黒鉛構造物の規格化のために必要な技術的課題を検討し、資料として取りまとめた。その内容は日本原子力学会「高温ガス炉黒鉛構造物規格化のための調査検討」特別専門委員会において議論され、高温ガス炉黒鉛構造物規格原案として取りまとめられた。本規格原案は、黒鉛構造物の安全機能と交換性の観点から、黒鉛構造物を3種類のクラス(クラスA, B及びC)とし、それぞれのクラスの構造物について、設計規格,材料・製品規格,供用期間中検査・維持基準について定めた世界で初めて高温ガス炉黒鉛構造物の規格の考え方を提示したものである。
國本 英治; 柴田 大受; 島崎 洋祐; 衛藤 基邦*; 塩沢 周策; 沢 和弘; 丸山 忠司*; 奥 達雄*
JAEA-Research 2009-008, 28 Pages, 2009/06
JAEA-Research-2009-008.pdf:4.6MB
第4世代原子力システムの有力な候補の一つとして、超高温ガス炉(VHTR)が世界的に注目され研究開発が進められている。我が国では、日本原子力研究開発機構の試験研究炉である高温工学試験研究炉(HTTR)が運転中であり、高温ガス炉の実用化に向けた研究開発が進められている。高温ガス炉の炉内には黒鉛構造物が使用されるが、実用炉における使用条件はHTTRに比べてはるかに厳しいため、十分な照射データベースが整備されていない場合には照射データの拡充が必要である。一方、既存の照射データを活用し、合理的な内外挿方法を用いれば必要なデータベースを確保することができる。本報告書はHTTRで実績があり、VHTR用の主要銘柄であるIG-110黒鉛を対象に、寸法,熱伝導率,縦弾性係数,強度,熱膨張係数の照射効果と定常照射クリープ係数について、合理的な内外挿方法を示したものである。内外挿にあたっては、他銘柄の黒鉛の照射データを活用し、汎用的な方法を導出した。その結果、世界に先駆けてIG-110黒鉛の照射特性をVHTRの使用条件まで拡張することができ、設計に必要な図表を得ることができた。
奥 達雄*; 車田 亮*; 今村 好男*; 石原 正博
Journal of Nuclear Materials, 381(1-2), p.92 - 97, 2008/10
被引用回数：11 パーセンタイル：59.16(Materials Science, Multidisciplinary)4種類の黒鉛材料及び2種類の炭素繊維強化炭素複合材料に対して、175MeVのアルゴンイオンを照射した。照射後、微小硬さ試験により押込み荷重-押込み深さ特性を調べ、微小硬さ,強度及びヤング率と密接に関連するとされるBパラメータ及びDパラメータの照射効果を検討した。その結果、微小硬さ及びパラメータB, Dともにアルゴンイオン照射に伴い増加し、これら微小硬さ特性がdpaの関数として表せること、さらに既存の中性子照射によるデータも含めてdpaの関数として照射効果が表現できることがわかった。
石原 正博; 角田 淳弥; 柴田 大受; 伊与久 達夫; 奥 達雄*
Nuclear Engineering and Design, 233(1-3), p.251 - 260, 2004/10
被引用回数：35 パーセンタイル：88.72(Nuclear Science & Technology)HTTRは、炉心に六角柱ブロックを用いた黒鉛減速・ヘリウム冷却型高温ガス炉で、日本原子力研究所大洗研究所に建設された我が国初の高温ガス炉である。HTTRの炉内構造物は黒鉛によって形成される。黒鉛は脆性材料であり、脆性材料についての有用な設計基準は存在しないことから、原研では破壊挙動を考慮した設計基準を開発した。本報では、開発した黒鉛設計基準についての概要とその品質管理の概略について述べる。
奥 達雄*; 石原 正博
Nuclear Engineering and Design, 227(2), p.209 - 217, 2004/01
被引用回数：32 パーセンタイル：87.16(Nuclear Science & Technology)黒鉛材料の寿命と黒鉛構造物の寿命はそれぞれ異なる観点から論じられ、しばしば材料研究者や設計者に混同されることがある。黒鉛材料の寿命は、照射による寸法収縮が初期値に戻る照射量を材料の寿命と考えている。一方、黒鉛構造物の寿命は、構造物に生じる発生応力が許容応力に達した照射量を構造物の寿命と考えている。そこで、HTTR黒鉛ブロックを一例として、黒鉛ブロックの発生応力から評価される構造物の寿命と照射誘起寸法変化から評価される材料の寿命についての比較検討を行った。その結果、黒鉛構造物の寿命は、発生応力と許容応力の関係からの制限及び照射誘起寸法変化の両者の短い方によって定義すべきことを明らかとした。
奥 達雄*; 馬場 信一
炭素, 2002(202), p.90 - 95, 2002/05
熱膨張係数は、熱的性質の中でも重要な特性の一つである。熱膨張は外形の変形及び熱的拘束による内部応力すなわち熱応力の評価にとっては欠かすことができない特性の一つである。ここでは、熱膨張の物理的意義からはじめて、熱膨張係数の定義,熱膨張係数を求めるために測定すべき量,測定原理,測定装置,測定例及び測定上の注意事項などについて説明する。
数土 幸夫; 星屋 泰二; 石原 正博; 柴田 大受; 石野 栞*; 寺井 隆幸*; 奥 達雄*; 本橋 嘉信*; 田川 精一*; 勝村 庸介*; et al.
Proceedings of OECD/NEA 2nd Information Exchange Meeting on Basic Studies in the Field of High-temperature Engineering, p.39 - 50, 2001/00
原研では、高温における照射によって、従来は実現できなかった新素材の創製,新しい化学反応プロセスの開発,炉内計測技術開発等を目指した高温工学に関する先端的基礎研究を進めている。本発表では、これまでの予備試験結果として、(1)新素材・材料開発(高温高性能SiC半導体の中性子転換ドーピング,高温酸化物超電導体の照射改質,耐熱型炭素・SiC系複合材料の機構解明),(2)高温放射線化学(高温放射線場の特異反応等),(3)高温炉内計装技術開発(耐熱・耐放射線光ファイバ)に関する最近の成果概要を総括するとともに、HTTR照射試験に向けての国際協力を視野にいれた今後の計画を報告する。
石野 栞*; 寺井 隆幸*; 奥 達雄*; 荒井 長利; 林 君夫; 伊藤 久義; 矢野 豊彦*; 本橋 嘉信*; 北村 隆行*; 筑本 知子*; et al.
JAERI-Review 99-019, 238 Pages, 1999/08
JAERI-Review-99-019.pdf:14.88MB
本報告書は、HTTRによるセラミックス系新素材の照射試験計画を効率的に遂行するため、関連研究動向、HTTR照射試験方法等の調査・検討を、原子力学会に委託した結果をまとめたものである。高温超伝導材料、高温半導体の照射改質、耐熱セラミックス複合材料の照射損傷のほか、新規テーマ(超朔性セラミックス材料の照射効果、変形・破壊のシミュレーション等)を対象とした。本調査により、各研究テーマの目標・意義、HTTR照射試験方法等が明らかになった。本調査は、高温工学に関する先端的基礎研究について、さらに詳細な計画を立案し、実施してゆくための重要な基礎を構築したものである。
奥 達雄*; 車田 亮*; McEnaney, B.*; Burchell, T. D.*; 石原 正博; 林 君夫; 馬場 信一; 相原 純
Proceedings of 1st World Conference of Carbon (EUROCARBON 2000), 1, p.947 - 947, 1999/07
高温工学に関する先端的基礎研究の一環として、イオン照射による微細組織変化とバルク的性質との関係を実験的に検討することを目的として、微細構造の異なる炭素繊維を用いたイオン照射試験を行った。炭素繊維はPAN系、ピッチ系及びメスフェーズ系の3種類で、Cイオン及びArイオンをそれぞれ100MeV,175MeVのエネルギーで8.510
(個/cm),210
(個/cm)の量照射した。照射後、SEM観察により繊維断面積の変化を調べるとともに、繊維の引張強度及びヤング率を測定した。その結果、繊維断面積はイオン照射により25%から80%の増加が認められ、繊維断面方向に黒鉛結晶のc軸方向が選択的に配向していることから、イオン照射によるC原子の積層方向へのはじき出しによるものと結論つけられた。また、強度、ヤング率については減少する傾向を示し、照射損傷の観点からはメスフェーズ系の繊維が耐照射損傷性に優れていることが示唆された。
奥 達雄*; 車田 亮*; 中田 昌幸*; 武田 和孝*; 川又 清弘*; 荒井 長利; 石原 正博
Proceedings of 24th Biennial Conference on Carbon (CARBON '99), p.574 - 575, 1999/07
炭素繊維複合材料について、機械的特性の照射効果を調べるために、TIARAを用いて175MeVのエネルギーでアルゴンイオン照射を行い、照射後ダイナミック硬さを調べた。照射後試験の結果ヤング率及び強度との相関が良いとされるB及びDパラメータに照射による増加が認められ、照射による硬化が確認された。また、これらのパラメータは、損傷が最大となる領域(表面から約50
m; 損傷は0.15dpa)からの影響を受けるため、押し込み荷重を変化させることにより増加量に変化が認められた。さらに、定性的評価ではあるが、ダイナミック硬さを計測する方法は炭素繊維材料の照射損傷の程度を調べるために有効であることがわかった。なお、本研究は「炭素繊維複合材料の照射損傷の評価」に関する茨城大学との共同研究として実施したものである。
西山 直紀*; 二川 正敏; 井岡 郁夫; 小貫 薫; 清水 三郎; 衛藤 基邦; 奥 達雄*; 倉部 誠*
材料, 48(7), p.746 - 752, 1999/07
熱化学水素製造ISプロセスの硫酸濃縮・蒸発工程で使用可能な容器材料及び皮覆材料として期待される、数種のセラミックス材料に対して沸騰濃硫酸環境における耐食性評価を行った。最大1000時間の沸騰硫酸中で浸漬試験を行った後に、質量変化、強度変化を調べるとともに、微小押し込み試験による腐食表層部の力学特性について調べた。その結果、(1)Si-SiC,SiCは防食皮膜として機能するシリカ皮膜の形成により優れた耐食性を示すこと、(2)腐食層厚さ及び皮膜厚さを微小押し込み試験により求まる力学特性変化点から評価できること、(3)Si
N
及びAl
Oの腐食後強度劣化を微小押し込み試験から得られた腐食層厚さと固有の破壊靱性値より非破壊的に評価できること、を明らかにした。
石原 正博; 相原 純; 奥 達雄*
Proc. of 14th Int. Conf. on Structural Mechanics in Reactor Technology, 2, p.455 - 462, 1997/00
HTTRの炉内黒鉛構造物は、中性子照射下のクリープ変形と寸法収縮により残留ひずみが原子炉の運転とともに蓄積するため、供用期間中にどの程度の残留ひずみの蓄積があるのかを非破壊的に調べる必要がある。そこで、残留ひずみの推定法として、一定荷重で圧子を押し込んだ時の押し込み深さの違いを計測する方法を検討した。試験では、引張り荷重を試験片に負荷することにより残留ひずみを模擬した状態で微小硬度計により圧子を試験片に押し込み、押し込み荷重と押し込み深さの特性を調べた。さらに、有限要素法を用いた弾塑性応力解析により変形特性に及ぼす残留ひずみの検討を行った。その結果、微小硬度計を用いる方法が黒鉛構造物の残留ひずみ推定法の一つとして有用であるとの結論を得た。
石原 正博; 二川 正敏; 伊与久 達夫; 奥 達雄*
日本原子力学会誌, 38(12), p.1005 - 1012, 1996/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)応力集中を有する黒鉛構造物の動的強度特性を明らかにすることを目的に、HTTR炉床部黒鉛構造物のキー溝部を模擬したモデル試験片を用いた静的試験および動的試験を実施し、応力集中を有する黒鉛構造物の動的強度特性を調べた。その結果、応力集中を有する場合の動的強度は、静的強度よりも約20%上昇した。この動的強度の静的強度に対する増加率は、試験片に加わる応力勾配に影響され、応力勾配の上昇により増加することを明らかにした。さらに、ある臨界の応力勾配が存在し、それ以上応力勾配を上昇させても、動的破壊が表面領域の微細組織に影響される破壊モードとなると、動的強度の静的強度に対する増加が一定値となり、上限値が存在することが分かった。
宇賀地 弘和; 奥 達雄*; 石山 新太郎; 衛藤 基邦
日本機械学会論文集,A, 62(593), p.10 - 17, 1996/00
原子力分野においてC/Cコンボジット材料を構造材として用いる場合には、その機械的・熱的特性を評価することが非常に重要である。しかし、C/Cコンポジットの耐中性子照射損傷性に関するデータが乏しいため、その評価は困難である。本研究では、繊維の異なる3種類のフェルト系C/Cコンポジット(CC-312、CX2002UおよびMCI)を用いて、中性子照射量が最大210
n/mおよび照射温度が最大1200
Cの条件で中性子照射試験を行い、照射による機械的性質の変化と、材料の組成および製造法の違いとの関係について評価した。その結果、繊維材の性状と照射効果との間の関係を示唆することができた。
石原 正博; 奥 達雄*
日本機械学会論文集,A, 62(602), p.2305 - 2309, 1996/00
高温工学試験研究炉の黒鉛構造物には、原子炉の運転とともに中性子照射による寸法収縮変形およびクリープ変形により残留ひずみが蓄積される。したがって、原子炉の安全運転の観点から、黒鉛構造物中に蓄積される残留ひずみの程度を非破壊的に計測する必要がある。一方、黒鉛の応力・ひずみ曲線が非線形性を示すことから、残留ひずみの蓄積により材料の変形特性が異なることが予想される。そこで、種々の引張模擬残留ひずみを発生させた試験片表面に微小硬度計によりダイヤモンド圧子を押し込み、連続的に押し込み荷重と深さを計測した。その結果、残留ひずみの増加により圧子の押し込み深さが増加し、変形抵抗の減少が認められるとともに、微小硬さが減少した。したがって、黒鉛構造物の残留ひずみ計測法として、微小硬度計を用いて硬さ分布を測定することにより、残留ひずみが非破壊的に検知可能であることがわかった。
荒井 長利; 湊 和生; 衛藤 基邦; 奥 達雄*; 依田 真一*
JAERI-M 92-085, 28 Pages, 1992/06
高温工学試験研究炉の黒鉛構造物の製作には微粒等方性黒鉛IG-110、中粒準等方性黒鉛PGXおよび粗粒準等方性炭素ASR-ORBが使用される。これらの設計用材料データは「高温工学試験研究炉黒鉛構造設計方針」で規定されている。本書は、それらのデータの内、弾性変形の規定に含まれる設計用弾性係数およびポアッソン比の設定根拠を詳しく説明する。即ち、各銘柄の応力-ひずみ関係、弾性係数およびポアソワン比に関する実験データの詳細を示し、その弾性近似の考え方および設定結果を示した。
西山 裕孝; 深谷 清; 鈴木 雅秀; 古平 恒夫; 奥 達雄*
Effects of Radiation on Materials; 15th International Symposium (ASTM STP 1125), p.1287 - 1303, 1992/00
HTTR圧力容器用材料として使用が予定されている21/4Cr-1Mo鋼について、中性子照射脆化及び中性子照射脆化と熱時効脆化の相互作用を弾塑性破壊力学パラメータを用いて評価した。21/4Cr-1Mo鋼の圧延材の母材、溶接部及び緞造材の母材を、照射温度400C~300C照射量1~310
m/m(E1MeV)となるように中性子照射した。破壊靱性試験はASTM-E-813に従って、R曲線法(複数試験片法)を採用するとともに、単一試験片法として電位差法を併用してき裂発生時の破壊靱性値(J
)、延性き裂伝播抵抗(ティアリングモジュラス)を評価し次の知見を得た。(1)中性子照射による圧延材の母材、溶接部のJ-Rカーブの変化は、照射前の靱性レベルの違いにもかかわらず、ほぼ同じレベルに低下する。(2)400C照射材の破壊靱性の低下は、照射により加速された熱時効脆化によるものと推測された。
石山 新太郎; 衛藤 基邦; 奥 達雄*
炭素, 0(153), p.155 - 162, 1992/00
高温ガス炉炉内黒鉛構造物を設計する上で構造用黒鉛材料の破壊靱性値やき裂進展特性を知ることは重要なことである。そのめたの破壊靱性試験を黒鉛材料に適応した場合、破壊時に脆性的挙動をとるため、き裂破壊開始点やき裂進展長さの計測を行うには高度の技術を要する。このため、黒鉛材料についてき裂長さの計測を行う上で有用な測定技術の開発が必要とされている。本論文は、7種類の計測法を黒鉛の破壊靱性試験に適用することによって黒鉛材料に最適な計測法について検討を行なった。その結果電位差法が最も検出感度が高いことが明らかとなった。
石山 新太郎; 衛藤 基邦; 奥 達雄*
炭素, (152), p.67 - 73, 1992/00
高温ガス炉用黒鉛材料の破壊靱性や破壊抵抗に与える酸化の影響を調べた。酸化試験は、微粒等方性黒鉛IG-110と準等方性微粒黒鉛PGXを500Cの空気にさらすことにより両黒鉛の試験片の酸化率が最高13%になるまで行った。破壊靱性試験は、ASTM-E813規定に推奨されているCT試験片を用いて室温大気中で行い下記の結果が得られた。(1)破壊靱性値は、酸化率の増加とともに減少し、その減少量は酸化による密度変化によって推定できる。(2)酸化率の増加に伴って破壊抵抗が減少する。(3)酸化率の増加に伴って安定破壊が生じる。
