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Wei, D.*; Gong, W.; 都留 智仁; Lobzenko, I.; Li, X.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Do, H.-S.*; Bae, J. W.*; Wagner, C.*; et al.
International Journal of Plasticity, 159, p.103443_1 - 103443_18, 2022/12
被引用回数：27 パーセンタイル：98.49(Engineering, Mechanical)Face-centered cubic single-phase high-entropy alloys (HEAs) containing multi-principal transition metals have attracted significant attention, exhibiting an unprecedented combination of strength and ductility owing to their low stacking fault energy (SFE) and large misfit parameter that creates severe local lattice distortion. Increasing both strength and ductility further is challenging. In the present study, we demonstrate via meticulous experiments that the CoCrFeNi HEA with the addition of the substitutional metalloid Si can retain a single-phase FCC structure while its yield strength (up to 65%), ultimate strength (up to 34%), and ductility (up to 15%) are simultaneously increased, owing to a synthetical effect of the enhanced solid solution strengthening and a reduced SFE. The dislocation behaviors and plastic deformation mechanisms were tuned by the addition of Si, which improves the strain hardening and tensile ductility. The present study provides new strategies for enhancing HEA performance by targeted metalloid additions.
青木 智幸*; 谷 卓也*; 坂井 一雄*; 古賀 快尚*; 青柳 和平; 石井 英一
JAEA-Research 2020-002, 83 Pages, 2020/06
JAEA-Research-2020-002.pdf:8.25MB
JAEA-Research-2020-002-appendix(CD-ROM).zip:6.63MB
日本原子力研究開発機構は、新第三紀堆積軟岩を対象とした高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発を目的として、北海道天塩郡幌延町において幌延深地層研究計画を進めている。幌延深地層研究所周辺の地質は、珪藻質泥岩の声問層や珪質泥岩の稚内層で構成され、どちらも珪藻化石を多量に含んでいる。これらの岩石は高い空隙率と低い透水性を示すことから、多孔質弾性論に基づく岩盤挙動の検討が重要であると考えられる。しかしながら、幌延深地層研究所周辺に特徴的な珪藻質泥岩や硬質頁岩については、低透水性であるという岩石の特徴や試験時の制御が容易ではないこと等を要因に、多孔質弾性パラメータの測定実績は多いと言えない状況である。そこで、珪質泥岩(稚内層)を対象として、多孔質弾性パラメータの測定実績を蓄積し、既往の研究で示唆されている拘束圧に対する依存性を確認することを目的として、多孔質弾性パラメータを取得するための岩石三軸試験を実施した。その結果、多孔質弾性パラメータのうち、排水体積弾性係数は拘束圧の増加に伴い大きくなる関係性が確認された。一方、Biot-Wills係数およびSkemptonの間隙水圧係数は、拘束圧の増加に伴い小さくなる傾向が確認された。また、岩石供試体の葉理方向によって拘束圧依存の程度が若干異なることが示唆された。
都留 智仁; 板倉 充洋; 弓削 是貴*; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*; 久保 百司*; 尾方 成信*
Proceedings of 4th International Symposium on Atomistic and Multiscale Modeling of Mechanics and Multiphysics (ISAM-4) (Internet), p.59 - 62, 2019/08
ハイエントロピー合金(HEA)は結晶構造をもつ単相または多相の合金であり、主要な構成元素をもたず5種類またはそれ以上の等原子分率の組成を有している。このような状況では、変形挙動は従来の固溶強化機構では説明することができないため、変形の基礎的な機構はわかっていない。本研究では、第一原理計算を用いて体心立方(BCC)構造を有するHEA合金の転位挙動に関して検討を行った。クラスター展開に基づくSpecial quasirandom structures (SQS)を用いて、高濃度不規則固溶体を構築して、MoNbTaVWの組成を有する原子モデルに対して転位芯構造を導入した。第一原理計算の結果、局所的な変位が小さいMoNbTaVWでは、純BCC金属で見られる転位構造と同様の転位芯構造を有することがわかった。一方、その運動は純BCC金属と異なり、転位芯構造の化学的に無秩序さを反映して、Peierlsポテンシャル面が複雑に変化することがわかった。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘
Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012085_1 - 012085_4, 2018/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.11(Nuclear Science & Technology)At J-PARC's pulsed spallation neutron source, a cryogenic hydrogen system has been operated to provide liquid para-hydrogen (20K and 1.5 MPa) to the moderators since 2008. Typical operating period of the cryogenic hydrogen system was approximately 3 months continuously. However, the pressure differences between No.1, No.2 heat exchangers (HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator had begun to increase rapidly since the beginning of 2015, the refrigerator could not be operated continuously. The impurity in the refrigerator was measured by newly introduced quadrat mass spectrometer, but no significant impurities was observed. We suspected the oil contamination from the helium compressor, as it caused performance degradation of the cryogenic system in other facilities, such as RIKEN, CERN, etc. In the summer outage in 2016, we cleaned the HXs with Freon to remove the oil contamination, and replaced the activate charcoals of ADS and oil separator (OS-5). As a result, the performance of the helium refrigerator was recovered completely.
戸栗 智仁*; 沖原 光信*; 辻 正邦*; 中島 均*; 杉山 博一*; 齋藤 亮*; 佐藤 稔紀; 青柳 和平; 桝永 幸介
JAEA-Research 2017-013, 131 Pages, 2018/02
JAEA-Research-2017-013.pdf:8.49MB
北欧では、湧水量を大幅に少なくするために、浸透性が高くて耐久性の高い活性シリカコロイドを用いた溶液型のグラウト(以下、溶液型グラウトと呼ぶ)の研究が行われ、沿岸域の地下研において実証試験および実適用が開始されている。溶液型グラウトは海水条件下で適用され始めているが、固化のメカニズムは不明であり、施工方法も未確立である。国内外のいずれの事例において具体的な施工方法は未確立である。溶液型グラウトの周辺岩盤への影響については未知の部分が多い。このような背景を踏まえて、本業務は、資源エネルギー庁の公募事業である、「地層処分技術調査等事業(沿岸部処分システム高度化開発)」の一環として、3年程度をかけてグラウトに関する研究を行う計画であり、本報告書はその初年度の成果をまとめたものである。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 青柳 克弘*; 武藤 秀生*; 野村 一隆*; 高田 弘; 池田 裕二郎
JAEA-Technology 2017-021, 75 Pages, 2017/08
JAEA-Technology-2017-021.pdf:33.03MB
大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設の核破砕中性子源では、冷中性子用減速材として液体水素を用いている。2015年1月頃から液体水素を生成するヘリウム冷凍機において、熱交換器及び80 K活性炭吸着器(ADS)の差圧が上昇する事象が現れ始め、2015年11月には冷却性能の低下を引き起こすまでに進展した。この不具合の原因を究明するために冷凍機内の目視確認や循環ヘリウム中の不純物分析を行った。原因となる不純物は検出できなかったが、配管内にわずかに油の痕跡があった。他施設の同規模の冷凍能力を持つ冷凍機の不具合事例も参考にして、熱交換器の洗浄やADSの交換を行った結果、冷却性能は回復した。熱交換器を洗浄した液やADSの活性炭とそれを抑えるためのフェルトから油を検出した。特にADSのフェルトではヘリウムガス入口表面に膜状の油の蓄積が確認できた。ヘリウムガス中に含まれる油分は設計範囲の10ppb程度であったが、長期間の運転の結果、ADSのフェルト部への蓄積により差圧を発生させ、それが性能劣化をもたらした可能性があると推測している。今後さらに調査を進め、原因をより明確にする必要がある。
戸栗 智仁*; 小林 伸司*; 辻 正邦*; 矢萩 良二*; 山田 俊子*; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 青柳 芳明
JAEA-Technology 2017-005, 43 Pages, 2017/03
JAEA-Technology-2017-005.pdf:4.4MB
超深地層研究所計画における工学技術に関する研究は、大きく分けて、(1)「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、(2)「研究坑道の建設技術の開発」、(3)「研究坑道の施工対策技術の開発」、(4)「安全性を確保する技術の開発」および(5)「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の5項目に分類して進めている。これまでは、「第2段階」の調査研究として、研究坑道掘削工事で取得される計測データや施工データを用いた評価に基づく設計の妥当性についての検討などを中心に進めるとともに、「第3段階」の調査研究として、施工対策技術としての湧水抑制対策についても検討してきた。平成27年度は、第3期中長期計画で実施する必須の研究開発課題である「地下坑道における工学的対策技術の開発」の一環として実施中のウォータータイトグラウト技術の開発に関連し、これまで瑞浪超深地層研究所で実施・整備してきたグラウト技術の取りまとめ、その結果に基づく深度500m研究アクセス南坑道におけるポストグラウチング計画立案、地層処分の観点からの技術開発成果の整理、グラウト技術に代わる止水技術に関する情報収集・整理を実施した。
都留 智仁; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*
Materials Transactions, 57(9), p.1476 - 1481, 2016/09
被引用回数：1 パーセンタイル：6.28(Materials Science, Multidisciplinary)超微細粒(UFG)金属の降伏メカニズムへの影響について原子シミュレーションによって検討を行った。機械特性とミクロな欠陥組織の影響を明らかにするため、粒径と粒内転位を変化させた多結晶原子モデルを構築し変形解析を行った結果、粒内転位は初期降伏と粒界を介した塑性変形挙動に大きな役割を果たすことがわかった。さらに、同じFCC金属でもCuは粒界から双晶の生成・成長が生じ、Alよりも早く塑性変形を開始することがわかった。
都留 智仁; 青柳 吉輝*; 加治 芳行; 下川 智嗣*
Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 24(3), p.035010_1 - 035010_10, 2016/03
被引用回数：12 パーセンタイル：49.85(Materials Science, Multidisciplinary)大規模原子シミュレーションを用いて、多結晶モデルに対して単軸引張りと圧縮を与えることで超微細粒材料の降伏強度と塑性変形に関する転位密度の影響を検討した。その結果、初期の降伏挙動は転位密度が小さくなるにつれて異方性が大きくなることがわかった。また、Bauschinger効果はこれまで知られている粗大粒のメカニズムと異なり、転位密度が変化することによって生じることを明らかにした。
達本 衡輝; 麻生 智一; 大都 起一; 川上 善彦; 青柳 克弘; 武藤 秀生
IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 101, p.012107_1 - 012107_8, 2015/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.05(Thermodynamics)J- PARC核破砕中性子源用の低温水素システムは2008年4月に完成し、同年の5月末に初めて冷中性子の発生に成功した。低温水素システムは3ヶ月の安定な長期連続運転を実施できるようになり、最近では500kWの共用運転を行っている。本装置は、「極低温」でかつ「高圧」の可燃性水素を取り扱う国内で初めての大型冷凍設備であるため、2007年のオフビームコミッショニングから現在に至るまで数々の予期せぬトラブルがあった。例えば、気体軸受水素ポンプの過渡軸振動現象、軸受部の過渡冷却現象および水素トライポロジーによる起動不良、アキュムレータ用ベローズの破損、ヘリウム冷凍機の不純物による不安定事象である。さらに、2011年には冷却運転中に東日本大震災が発生し、停電および計装空気が喪失したが、構築したインターロックシステムにより正常に自動停止することができた。これまでの運転や不具合事象により多くの知見が得て、改良を重ねた結果、現在では長期間の安定な冷却運転を実施できるようになった。
都留 智仁; 青柳 吉輝*; 加治 芳行; 下川 智嗣*
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 4 Pages, 2015/05
バルクナノメタルなどの結晶粒がきわめて小さい金属では、通常の強化機構を越えて降伏応力は著しく上昇する。また、粗大粒金属と比べて引張・圧縮異方性や、繰り返し変形による異方性が観察される。バウシンガー効果などの繰り返し変形による異方性は多くの微細粒材料に共通であり、引張・圧縮異方性は一部の金属にのみに見られるが、これらの要因は明らかになっていない。そこで、本研究では、複数の結晶粒と転位源を有する三次元多結晶モデルを用いた原子シミュレーションによって、変形時の内部構造の変化から特異な機械特性と材料によって異なる塑性異方性について検討を行った。
青柳 吉輝*; 都留 智仁; 下川 智嗣*
International Journal of Plasticity, 55, p.43 - 57, 2014/04
被引用回数：42 パーセンタイル：87.14(Engineering, Mechanical)結晶粒径が1
m未満の超微細粒材料は驚くべき強度特性を持つことが知られており、材料科学の分野においてこのような特性を扱うことができる計算科学的手法が求められている。粒径がサブミクロンオーダーになる場合、粒のサイズに応じて転位源から転位ループは張出しにくくなる。そこで我々は粒界と転位源の影響を両方考慮した結晶塑性モデルを新たに構築し、超微細粒材料の機械特性に転位源が与える影響について検討を行った。
都留 智仁; 青柳 吉輝*; 加治 芳行; 下川 智嗣*
日本金属学会誌, 78(1), p.45 - 51, 2014/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Metallurgy & Metallurgical Engineering)超微細粒金属の粒内および粒界における塑性変形と力学特性の関係を明らかにするため、転位源としてのFrank-Read源を含んだアルミニウム薄板多結晶モデルを用いた大規模原子シミュレーションを行った。粒界の流動応力に与える影響を明確にするため、原子モデルとして結晶学的にすべり伝播が容易な粒界と困難な粒界を生じるような二つの異なる多結晶モデルを検討した。粗大粒材料と同様に、いずれのモデルにおいても、最初の塑性変形は粒内に存在する転位源の運動によって開始する一方、初期の降伏以降の塑性変形は粒界における転位の通過によるすべり伝播の抵抗に大きく影響されることが示された。粒内の転位源の運動とすべり伝播に必要な臨界応力の間の大小関係が材料強度に与える影響について検討し、超微細粒金属の強度の結晶粒径と転位源長さに関連した局所的な欠陥構造に依存性を定量的に示した。本論文は、"Materials Transactions, 54(9), p.1580-1586 (2013)"の邦文誌として掲載されたものである。
都留 智仁; 青柳 吉輝*; 加治 芳行; 下川 智嗣*
Materials Transactions, 54(9), p.1580 - 1586, 2013/09
被引用回数：13 パーセンタイル：55.73(Materials Science, Multidisciplinary)バルクナノメタルの力学特性は、粒界部の体積率が通常の粗大粒材と比べて大きくなるため、従来の転位の平均的挙動として説明することができない。そのため、粒界や転位の個々の局所的な挙動が力学特性に与える影響が大きくこれらを理解することが重要となる。本研究では、大規模原子シミュレーションを用いて、粒界および粒内転位の活性化過程について検討を行う。粒内転位源として、フランクリード源の原子モデルを構築し、せん断変形に対する多結晶内の転位の運動について検討を行った結果、初期の転位源の活動は粒径に依存しないものの、粒界を越えた転位の伝播が系全体の塑性変形に大きく影響することを明らかにした。本論文は、第62回日本金属学会論文賞を受賞した。
青柳 吉輝; 都留 智仁; 加治 芳行
Effects of Radiation on Nuclear Materials; 25th Volume (ASTM STP 1547), p.269 - 287, 2013/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.1(Materials Science, Characterization & Testing)本研究では、照射誘起結晶欠陥の情報を導入した照射欠陥-結晶塑性モデルを構築することを目的とし、照射によって誘起された不完全転位ループ密度及び積層欠陥四面体密度の情報を結晶塑性論における硬化係数に導入した。その際に、転位運動に起因する不完全転位ループの消失も考慮した。結晶塑性解析に用いる照射欠陥の影響を表す数値係数を分子動力学法を用いた数値解析によって同定した。本モデルを用いてCu単結晶平板を想定した単純引張条件下における3次元結晶塑性有限要素法解析を行い、初期照射欠陥密度の増加に伴う降伏応力の上昇並びに加工硬化率の減少を再現した。また、照射欠陥密度が最も高いものでは、降伏後の軟化が現れ、照射欠陥の存在が変形の局所化に影響を与えるといった知見を得た。
都留 智仁; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*; 加治 芳行
International Workshop on Bulk Nanostructured Metals; Proceedings Book, p.56_1 - 56_4, 2012/06
サブミクロン以下の粒径で構成されるバルクナノメタル(BNM)は粒界における過剰体積が大きく、平均場としての材料強度則で評価することは困難である。そのため、個々の転位の運動と粒界が塑性変形に大きく寄与することが指摘されている。本研究では、大規模源シミュレーションに基づく計算科学モデルを用いて転位源の活性化と粒界のマクロな塑性変形に対する影響を検討する。
青柳 吉輝; 下川 智嗣*; 志澤 一之*; 加治 芳行
Materials Science Forum, 706-709, p.1751 - 1756, 2012/01
被引用回数：2 パーセンタイル：73.92(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では、粒界の影響を考慮した結晶塑性モデルを構築した。粒界の存在に起因する局所的な臨界分解せん断応力の増加を表現するために、結晶塑性論における硬化則に転位源としての役割を有する粒界の情報を導入した。さらに、本モデルを用い、FCC多結晶を想定したFEM解析を行い、降伏応力の増加や加工硬化率の減少といったバルクナノメタルの応力-ひずみ応答を再現した。本結果に基づき、転位挙動がバルクナノメタルの材料特性に与える影響を検討した結果、粒径の減少に伴う降伏応力の増加及び加工硬化率の減少は局所的な臨界分解せん断応力及び転位挙動に起因するといった知見を得た。
淡路 智*; 難波 雅史*; 渡辺 和雄*; 伊藤 俊*; 青柳 英二*; 甲斐 英樹*; 向田 昌志*; 岡安 悟
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.3192 - 3195, 2011/06
被引用回数：5 パーセンタイル：33.75(Engineering, Electrical & Electronic)重イオン照射したEr123薄膜の磁束ピン止め特性を
(
, 
, 
)特性として詳細に調べた。B//cの
曲線でマッチング磁場がc軸平行で0.3テスラとc軸から傾けたときは1.7テスラに相当するときに2つのピークが観測された。さらに()で=0
(B//c)のときのピークは、円柱状欠陥によるピン止めに起因するが、磁場増加に伴い一旦減少するが不可逆磁場近傍では増大するようになる。c軸相関のピン止め中心とランダム分布のピン止め中心が協調して働いているモデルを用いると(B)の二重ピーク構造やの角度依存性を説明できることがわかった。
都留 智仁; 青柳 吉輝; 加治 芳行
Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1298, 6 Pages, 2011/04
照射材で観察される転位チャネリングは、変形局所化の結果として観察され、照射誘起応力腐食割れ現象における重要な応力因子と考えられている。本研究では、照射材の変形のメカニズムの解明のため、原子シミュレーションと連続体解析に基づく階層的な計算科学モデリングを構築し、照射材の塑性変形について検討を行った。まず、原子シミュレーションから照射欠陥が存在するときの基礎的な情報として、降伏応力の欠陥密度依存性を検討した。次に、二次元及び三次元の照射欠陥を有する多結晶モデルに対して、照射欠陥の弾性変形と塑性変形への影響を検討した。原子シミュレーションにより、照射欠陥は弾性変形過程に大きな影響を与えない一方、降伏応力は欠陥直径が2
4nmの場合に150200MPaに上昇することがわかった。さらに、これらの降伏応力等の情報を結晶塑性有限要素解析に適用する階層モデルを提案した。そして、実際の転位密度を有する照射材において、照射欠陥の有無がマクロな塑性変形挙動に大きな影響を与えることを示した。
田中 均*; 高雄 勝*; 松下 智裕*; 青柳 秀樹*; 竹内 政雄*; 安居院 あかね; 吉越 章隆; 中谷 健
放射光, 19(1), p.27 - 32, 2006/01
挿入光源の誤差磁場のうち軌道変動を引き起こすダイポール成分を高精度で補正する方法を開発した。その結果、円偏光の極性反転に必要な位相空間において、サブミクロン精度で軌道変動を抑制できること,任意の駆動パターンに対し補正が拡張できることがわかった。
