大洗研究所における放射性廃棄物の放射能濃度評価手法確立に係る取り組み; 令和2年度活動報告書

朝倉 和基; 下村 祐介; 堂野前 寧; 阿部 和幸; 北村 了一; 宮越 博幸; 高松 操; 坂本 直樹; 磯崎 涼佑; 大西 貴士; et al.

JAEA-Review 2021-020, 42 Pages, 2021/10

JAEA-Review-2021-020.pdf:2.95MB

原子力の研究開発施設から発生する放射性廃棄物の処理処分は、取り扱う核燃料物質や材料が多種多様なこと等を踏まえ、放射能濃度を求める必要がある。大洗研究所は、廃棄物を処理する施設のみならず、廃棄物を発生させる施設も含め、埋設処分を見据えた検討に着手している。本報告書は、大洗研究所内で発生する放射性廃棄物の埋設処分に向けて、主要課題のひとつである放射能濃度評価手法について、令和2年度の検討結果を取りまとめたものである。

High stereographic resolution texture and residual stress evaluation using time-of-flight neutron diffraction

徐 平光; Harjo, S.; 小島 真由美*; 鈴木 裕士; 伊藤 崇芳*; Gong, W.; Vogel, S. C.*; 井上 純哉*; 友田 陽*; 相澤 一也; et al.

Journal of Applied Crystallography, 51(3), p.746 - 760, 2018/06

AA2018-0163.pdf:3.0MB

https://doi.org/10.1107/S1600576718004004

Neutron diffraction texture measurements provide bulk textures with excellent grain statistics even for large grained materials, together with the crystallographic parameters and microstructure information such as phase fractions, coherent crystallite size, root mean square microstrain, macroscopic/intergranular stress/strain. The procedure for high stereographic resolution texture and residual stress evaluation was established at the TAKUMI engineering materials diffractometer. The pole figure evaluation of a limestone standard sample with a trigonal crystal structure suggested that the obtained precision for texture measurement is comparable with the oversea well-established neutron beam lines utilized for texture measurements. A high strength martensite-austenite multilayered steel was employed for further verification of the reliability of simultaneous Rietveld analysis of multiphase textures and macro stress tensors. By using a geometric mean micro-mechanical model, the macro stress tensor analysis with a plane stress assumption showed a RD-TD in-plane compressive stress (about -330 MPa) in martensite layers and a RD-TD in-plane tensile stress (about 320 MPa) in austenite layers. The phase stress partitioning was ascribed to the additive effect of volume expansion during martensite transformation and the linear contraction misfit during water quenching.

In-situ residual stress analysis during thermal cycle of a dissimilar weld joint using neutron diffraction and IEFEM

秋田 貢一; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*; 鈴木 裕士; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Vladimir, L.*

溶接学会論文集(インターネット), 35(2), p.112s - 116s, 2017/06

Residual stresses near the weld metal of the joints before and after a thermal cycle were measured using a reactor based neutron diffraction technique in room temperature. In-situ residual stress measurements were performed on the plate type sample using a pulsed neutron diffraction technique under thermal cycles. Residual stress behaviors of the samples were examined also by the idealized explicit FEM (IEFEM), which agreed well with the experimental results of the residual stress behaviors during thermal cycles. Thermal stresses were induced near the weld metal by the difference of the linear expansion coefficients of the dissimilar base metals. Since the thermal stress exceeded the yield stress of the material during the first heating process, the residual stresses near the weld metal were redistributed and a part of the residual stress was relaxed.

放射光X線回折法を用いた積層型高強度鋼板におけるマルテンサイト層の局所変形挙動評価

小島 真由美*; 城 鮎美*; 鈴木 裕士; 井上 純哉*; 菖蒲 敬久; 徐 平光; 秋田 貢一; 南部 将一*; 小関 敏彦*

材料, 66(6), p.420 - 426, 2017/06

https://doi.org/10.2472/jsms.66.420

The strain distribution in a multilayered steel composite, which consists of martensite and austenite layers, was evaluated by energy dispersive X-ray diffraction to investigate the homogeneity of deformation in the martensite layer under uniaxial loading. A dog-bone shape specimen with a martensite layer with 0.2 mm in a thickness, sandwiching by austenite layers with 0.4 mm in thickness, was utilized in this study. A change in strains as a function of tensile loading was measured at the center of the martensite layer as well as near the interface between the martensite and austenite layers. Furthermore, the residual strain distributions were measured in the martensite layer of the unloaded specimens after different applied strains. As a result, slight inhomogeneous deformation was found at the beginning of the plastic deformation in the martensite layer although no local deformation was recognized even near the interface between austenite and martensite layers. After further deformation, mismatch of plastic deformation between austenite and martensite layers was reduced, and the martensite layer deformed homogeneously. Therefore, an unstable interface phenomenon might not be caused by the intrinsic factors with a mesoscopic scale discussed in this experiment.

Hydrostatic compression behavior and high-pressure stabilized -phase in -based titanium aluminide intermetallics

Liss, K.-D.*; 舟越 賢一*; Dippenaar, R. J.*; 肥後 祐司*; 城 鮎美*; Reid, M.*; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 秋田 貢一

Metals, 6(7), p.165_1 - 165_22, 2016/07

https://doi.org/10.3390/met6070165

Ti-Al合金は、航空機エンジン材料として、軽量・耐熱タービンへの応用が期待されているが、塑性加工性の悪さを克服する必要がある。高圧鍛造プレスにおいては、10GPaの範囲で材料加工を可能にするが、それゆえに、極限環境における候補材料の状態図を評価する必要がある。本研究では、(+)二相合金の一つであるTi-45Al-7.5Nb-0.25Cに対し、9.6GPaまでの圧力範囲、また1686Kまでの温度範囲で放射光X線回折によるその場実験を行った。室温では、圧力に対する体積変化は、両相に観察される明らかに高い体積弾性係数から、体積ひずみというよりはむしろ、相変態の影響と考えられる。結晶学的には、特に格子ひずみと原子配列について詳しく検討した。原子体積の増加にもかかわらず、この相変態を生じるのは興味深い。これは、の高い規則化エネルギーによるものである。高圧下において加熱すると、共析とソルバス遷移温度が上昇し、第三相の立方晶相が1350K以上で安定する。過去の研究において、相は塑性変形において高い延性があり、従来の鍛造過程において重要なものであることが明らかにされている。本研究では、作動環境下において有害とされる相の存在は確認されなかったが、従来の鍛造過程における理想的な加工条件幅を明らかにした。これらの結果より、新しい加工処理方法を提案することができた。

Progress in bulk texture measurement using neutron diffraction

徐 平光; Harjo, S.; 伊藤 崇芳*; 森井 幸生*; Gong, W.; 鈴木 裕士; 秋田 貢一; 鈴木 徹也*; 友田 陽; Lutterotti, L.*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031022_1 - 031022_6, 2015/09

https://doi.org/10.7566/JPSCP.8.031022

The current status of bulk texture measurements both using angle dispersive neutron diffraction and time-of-flight neutron diffraction at JAEA was briefly reviewed, then the effect of sample orientation coverage in the time-of-flight neutron diffraction on the reliability of reconstructed pole figure on the reliability of reconstructed pole figure was simply compared after the simultaneous Rietveld texture analysis. The similar texture results obtained at different orientation coverage levels suggests that it is possible to reduce the sample rotation times reasonably during the bulk texture measurement.

Relaxation behavior of laser-peening residual stress under tensile loading investigated by X-ray and neutron diffraction

秋田 貢一; 林 健吾*; 竹田 和也*; 佐野 雄二*; 鈴木 裕士; 盛合 敦; 大谷 眞一*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.SMM0029_1 - SMM0029_8, 2014/08

https://doi.org/10.1299/mej.2014smm0029

ピーニング技術による圧縮残留応力の導入は、疲労や応力腐食割れ等の鋼の強度特性の改善に有効である。ただし、圧縮残留応力は稼働時に機器に作用する熱的あるいは機械的な外力が原因で低下する可能性がある。本研究では、レーザーピーニングを施したフェライト鋼の静的引張荷重下における表面及び内部の残留応力挙動を、X線および中性子回折によって検討した。X線回折および中性子回折の相補利用により、応力緩和プロセスを明確に示す実験的確証が得られた。また、引張負荷応力下における臨界負荷応力の値は、内部の最大引張残留応力値とvon Misesの降伏条件によって推定できることを示した。

Effect of neutron attenuation on strain measurement with large gauge volume

鈴木 裕士; 勝山 仁哉; 秋田 貢一

Materials Science Forum, 772, p.33 - 38, 2013/11

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.772.33

中性子回折法により厚板試料のひずみ測定を行う場合、中性子線の強度を得るために、測定体積を大きくするとともに、試料内の中性子パス長さをできる限り短くすることが望ましい。しかし、測定体積が大きくなれば、中性子線の減衰がひずみ測定精度に影響する可能性がある。本研究では厚板突合せ溶接材を対象に、ひずみ測定精度に及ぼす中性子線の減衰の影響を理論的かつ実験的に検討した。その結果、測定体積が大きくなるほど、ひずみ分布の見かけの変化が大きくなること、中性子線の減衰に伴う回折プロファイルのゆがみにより、回折角度に見かけの変化が生じることを確認した。この回折角度の見かけの変化は、回折角度の増加に伴って小さくなる。以上のように、厚板試料内部のひずみ分布測定を行ううえでは、中性子線の減衰に伴う影響を考慮する必要があることを明らかにし、その影響を補正して高精度にひずみ測定を行う方法を提案した。

角度分散法中性子回折集合組織測定技術環境の構築と応用

徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 盛合 敦

軽金属学会平成24年度第2回加工と熱処理による優先方位制御研究部会公開講演会資料, p.19 - 20, 2012/10

Though the X-ray diffraction and the electron backscattering diffraction are usually used in the texture evaluation, the neutron diffraction can directly measure the bulk textures of various materials and provide high statistical texture information for predicting the material anisotropic property thanks to the large beam spot and the high matter penetrability, and it can also help to clarify the in situ microstructure evolution under various loading/temperature environments. According to the difference in neutron beam sources, the neutron diffractometers are generally divided into the nuclear reactor-based angle-dispersive instruments and the spallation source-based time-of-flight instruments. At the Japan Research Reactor No.3 and the Japan Proton Accelerator Research Complex, the angle dispersive neutron diffractometers and the time-of-flight neutron diffractometers provide us the possibility to develop and apply the bulk texture evaluation technique to study metallic, ceramic, polymeric, and geologic crystallographic materials. In this presentation, the characteristics of single-tube and 1-demisional position- sensitive-detector angle dispersive neutron diffractometer was simply introduced and its application on the bulk texture evaluation of a magnesium alloy before and after warm press deformation is reported.

中性子回折法による溶接残留応力測定精度に関する考察; 無ひずみ状態の格子定数の影響

鈴木 裕士; 秋田 貢一

材料, 61(7), p.604 - 611, 2012/07

https://doi.org/10.2472/jsms.61.604

中性子回折法により高精度応力測定を実現するには、無ひずみ状態の格子定数を精確に評価する必要がある。本研究では、オーステナイトステンレス鋼SUS304及び低合金鋼A533Bの異種溶接材を対象として、評価の観点から中性子応力測定精度を定量的に評価した。溶接試験片から切り出した無ひずみ標準試料やスライス試験片を用いた格子定数評価により、複数の回折の平均格子定数は、第二種ひずみがキャンセルされた無ひずみ状態の格子定数として評価され、また、フェライト211回折及びオーステナイト311回折は、第二種ひずみの影響を軽減するうえで最適な回折と評価された。本研究で得られたを用いてスライスした溶接試験片の残留応力分布を評価した結果、ひずみゲージで測定した残留応力分布に比べて、精度の高い結果が得られた。以上から本研究をまとめると、精確な評価,測定条件の最適化,得られた結果の多角的な評価が、中性子回折法による残留応力測定の精度向上に対して重要な役割を果たすことがわかった。