Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

https://doi.org/10.1038/s41550-020-01271-2

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

脱貴金属に道を拓く銅酸化物系自動車排ガス浄化触媒の設計指針の発見

西畑 保雄; 田中 裕久*; 御立 千秋*; 笠井 秀明*

工業材料, 62(5), p.41 - 44, 2014/05

自動車排ガスを浄化するための触媒にはパラジウム、白金、ロジウム等の貴金属が使用されており、全世界の年間需要の半分以上をその用途に充てられている。その貴金属を銅、ニッケル、鉄等のユビキタスな元素に置き換える技術が望まれている。ガス分子と反応するためには、金属元素のd軌道のエネルギー準位がフェルミ準位近傍にあることが必要で、遷移金属元素の電子状態を修正する必要がある。そこで、実環境ではどうしても避けられない酸素原子の存在を前提とし、酸化銅を利用して銅の電子状態を理論的に設計した。金属粒子-担体間の相互作用、金属粒子の合金化等の方法により、酸化銅の表面を改質できることを実験的に示した。この銅系新触媒は、エンジン定常状態において高い浄化率を示し、初期性能としては白金と遜色ない性能が得られた。

高速炉用燃料被覆管SUS316相当鋼のクリープ特性評価 -第一次試験から第十二次試験までの総括-

田中 千秋*; 八木 隆雄

PNC TN241 85-19, 126 Pages, 1986/02

PNC-TN241-85-19.pdf:5.47MB

動燃事業団は,高速炉々心材料開発に関し,FBR材料専門委員会を通して,具体的なR&Dを実施してきた。 この専門委員会のワーキンググループの一つであるクリープサブグループでは開発材料の炉外評価を目的として,炉外クリープ試験を中心とした高温強度試験を昭和44年度から56年度まで通算12次に亘って実施し,原型炉「もんじゅ」初装荷用材料であるSUS316相当鋼について,「もんじゅ」燃料設計で必要とされる開発目標を超えるクリープ破断強度を得ることができた。 これは,開発当初に比べ,クリープ強度に影響を及ぼす化学成分(特にJIS規格では不純物元素と考えられているB,P,Ti,Nb)の影響や,冷間加工率の影響,熱処理条件(結晶粒度)の影響について,評価改良を加えた結果であり,「もんじゅ」設計条件(67517,760時間での設計応力)を十分満し,昭和43年度に試作した初期被覆管に比べて,約1.4倍の高いクリープ破断強度を得ることができた。この材料は,高速炉用被覆管材として世界に誇るSuper316ステンレス鋼と呼びうるものである。 この機会に,1次から12次まで得られた知見をとりまとめ,今後の炉心材料開発の参考に供したいと考える。

高速炉用燃料被覆管のクリープ試験(第12次クリープ試験)

田中 千秋*

PNC TN241 83-19, 93 Pages, 1983/12

PNC-TN241-83-19.pdf:1.98MB

第12次試験では昭和55年度試作の成分仕様にもとづき昭和56年度に大量製作した「常陽」MK-II第2次取替用炉心燃料被覆管56JK、56JSについて引張試験、バースト試験、内圧クリープ破断試験、金属組織観察及び硬さ試験を行った。本試験結果に基づき、仕様の評価を行ない、また「もんじゅ」初装荷用炉心燃料被覆管の設計データを得た。さらに昭和55年度に試作された高速原型炉「もんじゅ」用炉心燃料被覆管のうち55MSについて、単軸クリープ破断試験、単軸クリープ試験、内圧クリープ試験を行った。試験結果をまとめると以下のとおりである。(1)引張試験及びバースト試験結果では、56JKと56JSの間に顕著な差は認められなかった。また56JK、56JSは55MK、55MSと同程度の強度及び伸びを示した。(2)内圧クリープ破断試験結果では、56JKと56JSは同程度の強度を有していることがわかった。今回の内圧クリープ破断試験結果と第1次から第11次までの結果とを比べると、56JKと56JSの破断強度の長時間推定値(650度Cx7,560h、675度Cx17,760h)は、昭和54年度及び昭和55年度試作材と同程度の値を示しており、大量製作された場合においても被覆管の内圧クリープ破断強度はR&D試作被覆管のそれと同程度の高い値を示すことが確認された。(3)内圧クリープ試験では、各試験機関の間にデータの差異がみられた。しかし外径の連続測定により得られたクリープ曲線は単軸クリープ曲線とほぼ対応し、外径の断続測定よりも良好であると考えられる。(4)試験温度750度Cでの単軸クリープ破断強度は、内圧クリープ破断強度より若干低い値を示した。単軸クリープ試験の結果、最小クリープ速度は55MSと55MKで同程度であった。(5)昭和55年度試作の仕様について、約9,000本という大量に製作された被覆管について、内圧クリープ破断試験を主とした各種試験を行った結果、量産化された被覆管の諸性質は、安定した品質のもとに供給され得るものと思われる。

高速炉用燃料被覆管のクリープ試験(第6次クリープ試験)

田中 千秋*; 八木 晃一*

PNC TN241 78-13, 73 Pages, 1978/01

PNC-TN241-78-13.pdf:2.06MB

動力炉・核燃料開発事業団では,高速実験炉「常陽」および高速原型炉「もんじゅ」用の燃料被覆管の高温における強度特性を明らかにし,設計等に資するために,これまで5回に渡って試験を行ってきた。本第6次試験では,安全性および信頼性の向上に寄与するため,さらにデータの蓄積をはかる目的で,49年度に試作されたもんじゅ用被覆管および常陽照射炉心用被覆管について内圧クリープ破断試験および単軸クリープ試験を行った。そして本試験においては,次のことを重点検討項目としてとりあげた。すなわち,いままで行ってきた5回の試験結果および太田ら,近藤らの研究結果より,SUS316被覆管のクリープ破断強度は微量なBとP,結晶粒度および冷間加工度に影響されることが示唆されたので,ここでは結晶粒度(ASTMNO.7.59.5)及びB含有量(110PPM)の影響について検討を加えた。なおこの試験は金属材料技術研究所,日立製作所,神戸製作所,住友金属工業および動燃事業団の5機関で実施されたもので,各機関における試験結果はすでに報告されている。本報告は上記5機関の試験結果をまとめ,検討を加えたものである。

高速実験炉用燃料被覆管のクリープ試験(第2次試験)

吉田 進*; 田中 千秋*; 青木 利昌*; 小原 勝昭

PNC TN241 72-43, 94 Pages, 1972/11

PNC-TN241-72-43.pdf:4.4MB
PNC-TN241-72-43T.pdf:5.5MB

動力炉核燃料開発事業団が現在建設中である高速実験炉「常陽」の燃料被覆管としてオーステナイトステンレス鋼管(AISI 316)が使用される事が決定しており,数次にわたる試作を経て,現在実機用被覆管が製造されつつある。この鋼種を使用するにあたっては,(1)高温強度特性,(2)照射特性,(3)Na中腐食特性,等を把握しておく事が必要であり,(2)および(3)項については現在実験が進行しつつある。(1)項のうち特に重要なクリーブ特性については,燃料事業団に燃料構造設計委員会(主査:鵜戸口英善)クリーブサブグループ(主査:吉田 進)を組織し,金属材料技術研究所,神戸製鋼所,住友金属工業,日立製作所,東京芝浦電気および動燃事業団が参画して各種の試験を分担している。第1次試験計画では,「常陽」用第1次試作炉心燃料被覆管(6.30.35t:A材,B材の2種類)について,内圧クリーブ破断試験,単軸クリーブおよびクリーブ破断試験を実施した。そして,600,650,700および750の試験温度において得られた最長約10,000hrまでのデータについて綜合的な検討を加え,すでに報告(SN 241,71,55)した。本報告は前記サブグループにおける第2次計画の結果に関するものである。すなわち,「常陽」用第2次試作炉心燃料被覆管(A,Bの2種)について,内圧クリーブおよびクリーブ破断試験,単軸クリーブおよびクリーブ破断試験を実施した。試験温度は600,650,700および750であり,最長試験時間は10,000hrを目標とした。試験結果については第1次計画と同様に統計的手法による検討を加えた。

高速実験炉用燃料被覆管のクリープ試験(第一次試験)

吉田 進*; 田中 千秋*; 青木 利昌*; 小原 勝昭

PNC TN241 71-55, 85 Pages, 1971/11

PNC-TN241-71-55.pdf:3.86MB
PNC-TN241-71-55TR.pdf:4.71MB

高速実験炉(常陽)用燃料被覆管はAISI 316鋼よりなっている。これを使用するに際しては、(1)高温強度特性、(2)照射特性、(3)Na中の挙動の3点について、総合的な解析を行ない信頼性を高める必要がある。なかでも、(1)の高温強度特性については、炉心設計上緊急性を要し、かつ上記(2)、(3)の2つの要因解析を行なううえでもこのデータが基礎となるため、信頼のおけるデータが要求される。一般にAISI 316鋼に関する高温強度データは数多く提示されているが、被覆管のような薄肉細管そのもののデータはほとんどない現状なので、許容応力をどのように設定するかはかなり難かしい問題である。そこで動力炉・核燃料開発事業団に燃料構造設計委員会(主査:鵜戸口英善)を設置し、(1)炉心設計の基本条項の決定、(2)高温強度特性の検討を行なうこととした。(3)項に関しては、被覆管自身についてクリーブ試験と疲労試験を行なうこととし、試験実施にあたっては各々サブグループを設け、昭和44年に計画をたて試験を開始し、昭和46年3月に第1次試験が終了した。本報告はクリーブについての第1次試験に関するもので、クリーブサブグループ(主査: 吉田 進)の試験には金属材料技術研究所、神戸製鋼所、住友金属工業、日立製作所および動力炉・核燃料開発事業団が参画し、「常陽」用第1次試作被覆管(A、B2種類)について、内圧クリーブ破断試験と単軸引張クリーブ破断および単軸引張クリーブ試験を実施した。試験条件は試験温度が600C、650C、700Cおよび750C、最長破断時間は3,00010,000hr目標とした。そして、得られたデータを統計的に解析し、10,000hrにおける破断試験と単軸引張クリープ試験を実施した。試験条件は試験温度が600C, 650C, 700Cおよび750C、最長破断時間は3,00010,000hr目標とした。そして、得られたデータを統計的に解析し、10,000hrにおける破断強さ、クリープ限度およびクリープ制限応力を推定した。そのほか、内圧クリープ破断と単軸引張クリープ破断の比較や類似鋼材のデータとの比較も行った。なお、これらの試験につづいて、第2次試作被覆管についての試験を現在行っており、ここでは内圧クリープ試験におけるクリープ速度も求める計画である。