Vacancy migration in -iron investigated using in situ high-voltage electron microscopy

阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*

Philosophical Magazine, 102(12), p.1173 - 1193, 2022/00

https://doi.org/10.1080/14786435.2022.2041216

高エネルギー粒子照射により形成される点欠陥の移動の活性化エネルギーは、照射下でのミクロ組織変化の予測を目的とした様々な数値計算モデルにおける重要な物理量である。本研究では、超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射その場観察により、鉄中の格子間原子集合体の成長速度を275-320Kで測定した。フィルム媒体に加えてビデオ撮影による動画データに画像処理技術を援用することにより、大量のデータ解析を可能にした。得られた成長速度の温度依存性と反応速度式から導出される関係式を用いることにより、空孔拡散の活性化エネルギーを評価した。さらに、材料中の不純物元素が成長速度を遅くする効果について議論した。

Effects of one-dimensional migration of self-interstitial atom clusters on the decreasing behaviour of their number density in electron-irradiated -iron

阿部 陽介; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*; 大貫 惣明*

Philosophical Magazine, 100(1), p.110 - 125, 2020/00

https://doi.org/10.1080/14786435.2019.1673913

超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いた電子照射下その場観察実験により、純鉄における格子間原子集合体の数密度は照射初期にピークに達し、その後連続的に減少することが明らかになった。HVEMその場観察実験では薄膜試料が用いられるため、格子間原子集合体は一次元(1D)運動により表面で消失することが考えられる。そこで本研究では、実験で明らかになった格子間原子集合体の1D運動機構に基づく解析モデルを導出し、格子間原子集合体の1D運動が数密度減少に及ぼす影響を調べた。その結果、残留不純物に捕獲され静止状態にある格子間原子集合体は、電子照射による弾き出しが引き金となって1D運動を生じ、残留不純物への再捕獲を免れた割合だけ表面消失を生じ、それにより数密度が連続的に減少することが示された。残留不純物への捕獲確率はランダムウォーク理論を用いて評価することができ、用いた薄膜試料における残留不純物濃度と同程度の場合に、実験で観察された格子間原子集合体の数密度の減少挙動をよく再現することが示された。

Vacancy effects on one-dimensional migration of interstitial clusters in iron under electron irradiation at low temperatures

佐藤 裕樹*; 阿部 陽介; 阿部 弘亨*; 松川 義孝*; 叶野 翔*; 大貫 惣明*; 橋本 直幸*

Philosophical Magazine, 96(21), p.2219 - 2242, 2016/06

https://doi.org/10.1080/14786435.2016.1194533

超高圧電子顕微鏡を用いることにより、110300Kの温度範囲で純鉄における格子間原子集合体の一次元(1D)運動の電子照射その場観察を行った。全ての温度において、ほとんどの1D運動は不規則な時間間隔で離散的な位置変化を示した。1D運度頻度は温度に依存せず、電子照射強度に比例した。これは、1D運動が電子照射により生じることを示唆している。一方、1D運動距離は照射強度に依存せず、低温では1D運動距離が極めて短くなることが明らかとなった。さらに、分子静力学法を用いて、格子間原子集合体とランダム分布した空孔との相互作用エネルギーを評価した結果、空孔濃度がよりも高い場合には相互作用エネルギーのゆらぎが格子間原子集合体をトラップすることが分かった。これらの結果から、1D運動の阻害に寄与するのは、250K以上では残存不純物であり、空孔が熱的に移動できない低温では、電子照射により蓄積した高濃度空孔との弾性的相互作用であることを提案した。

Super ODS steels R&D for fuel cladding of next generation nuclear systems, 9; Damage structure evolution under electron-irradiation

大貫 惣明*; 橋本 直幸*; 鵜飼 重治*; 木村 晃彦*; 井上 賢紀; 皆藤 威二; 藤澤 敏治*; 奥田 隆成*; 阿部 冨士雄*

Proceedings of 2009 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '09) (CD-ROM), p.9307_1 - 9307_4, 2009/05

重金属冷却高速増殖炉及び超臨界水冷却高速増殖炉用の燃料被覆管として、優れた高温強度と高耐食性の両方を兼ね備えた酸化物分散強化型フェライト鋼(スーパーODS鋼)の開発を進めている。本報では、開発中のスーパーODS鋼の電子線照射による組織損傷について強化した結果について報告する。

Hardening mechanisms of reduced activation ferritic/martensitic steels irradiated at 300 C

谷川 博康; Klueh, R. L.*; 橋本 直幸*; Sokolov, M. A.*

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.231 - 235, 2009/04

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2008.12.094

低放射化フェライト鋼は、573K 5dpaの照射によって、さまざまな照射硬化・照射脆化を示すが、これらの現象は従来考えられてきたような、照射による転位組織発達のみで説明できないことがわかっている。本論文では、F82H, ORNL9Cr、及びJLF-1といった代表的な低放射化フェライト鋼を対象に、詳細な微細組織解析を実施し、その現象解明を試みた。その結果、転位組織変化に加え、主要析出物分布の変化が明らかになったほか、析出物のアモルファス化、及びナノ析出物の生成が明らかになり、これらの現象が、573K熱平衡状態に達しようとする過渡現象として解釈しうる可能性が示された。

Microstructure property analysis of HFIR-irradiated reduced-activation ferritic/martensitic steels

谷川 博康; 橋本 直幸*; 酒瀬川 英雄*; Klueh, R. L.*; Sokolov, M. A.*; 芝 清之; 實川 資朗; 香山 晃*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.283 - 288, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.053

低放射化フェライト鋼は、核融合炉ブランケット構造材料の候補材料である。これまでの研究により、300C5dpaの中性子照射による鋼の延性脆性遷移温度がF82H(Fe-8Cr-2W-V-Ta)に比べて、ORNL9Cr-2WVTa及びJLF-1(Fe-9Cr-2W-V-Ta-N)が小さいことが明らかになっている。これらの違いは、照射硬化の影響のみでは説明することができない。また一方、Cr量の違いとして解釈できるものでもない。本研究では、これらの鋼の衝撃特性変化の違いについて、その要因を探るべく、微細組織解析を行った、その結果について報告している。

Analysis of Ta-rich MX precipitates in RAFs

谷川 博康; 酒瀬川 英雄*; 橋本 直幸*; Zinkle, S. J.*; Klueh, R. L.*; 香山 晃*

Fusion Materials Semiannual Progress Report for the Period Ending (DOE/ER-0313/35), p.33 - 36, 2004/04

本報告は、日米協力に基づき著者が米国オークリッジ国立研究所において、High Flux Isotope Reactor(HFIR)を用いて行った研究の成果である。JLF-1やORNL9Crの靭性特性は、F82Hに比べて照射後の延性脆性遷移温度変化が小さく、優れていることから、これらの相違をミクロな観点から明らかにする目的で、析出物の分布を解析するために、各種フェライト鋼(F82H-IEA, F82H HT2, JLF-1とORNL9Cr)非照射材より抽出レプリカ試片を準備した。これらの試片について、TEMにより析出物のサイズ分布、SEMにより化学組成の解析が行われた。さらに、後方散乱電子像は、Ta-richな析出物をほかの析出物と分離するのに効果的であることを示した。F82Hについては、主な析出物はM23C6であり、形状は丸状である。一方、JLF-1とORNL9Crでは、析出物は細長い形状であった。MX析出物に関しては、F82Hではほとんど見られないが、非常に大きく、Tiを含んでいた。対照的にJLF-1とORNL9Crでは多くの微小なMX析出物が観察された。JLF-1やORNL9Crの靭性特性は、F82Hに比べて照射後の延性脆性遷移温度変化が小さく優れているが、これらの違いの一因に、Taリッチの析出物(MX系析出物)の存在形態がかかわっている可能性を指摘した。

Microstructural study of irradiated isotopically tailored F82H steel

若井 栄一; 三輪 幸夫; 橋本 直幸*; Robertson, J. P.*; Klueh, R. L.*; 芝 清之; 安彦 兼次*; 古野 茂実*; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part.1), p.203 - 211, 2002/12

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01261-8

核融合炉構造材や核破砕ターゲット材は高エネルギー粒子との衝突によって弾き出し損傷が生じるだけでなくHやHeなどが生成する。このため本研究ではBを添加したF82H鋼やFeを用いて作製したF82H鋼を用い、中性子照射中にHeやHを生成させてこれらが組織に及ぼす影響を検討した。照射はHFIR炉で2.8から51dpaまで250Cから400Cで行った。250C照射で水素が生成した材料では転位ループの数密度がわずかに増加するとともに、転位ループのバーガースベクトルの3割程度を(1/2)111タイプから100タイプのループに変化した。また、キャビティ形成を助長した。300Cや400C照射でHeが生成した場合、転位ループの数密度はわずかに増加し、キャビティの数密度も増加した。照射温度に依存する微細組織変化の解析から、微細組織と照射硬化または延性脆性遷移温度シフトの間の関係を考察し、照射による延性脆性遷移温度シフトの増加の原因は転位ループ形成による硬化だけに起因しているものではなく、転位ループ上に形成した'析出物にも関係していることを指摘した。

易加工性・耐放射線性維持強化プラスチックの研究,II; 室温および低温における機械特性

宇田川 昂; 江草 茂則; 貴家 恒男; 瀬口 忠男; 小野 利夫*; 川上 和夫*; 大塚 正人*; 山本 泰*; 橋本 修*; 園田 克己*; et al.

JAERI-M 88-047, 27 Pages, 1988/03

JAERI-M-88-047.pdf:1.86MB

電子線照射した5種類のガラス繊維強化プラスチック(GFRP)について、室温および123Kまたは77Kで種々の機械的特性の測定を行なった。

安全な「水素吸蔵材料による無電力型爆発防止システム」の開発研究,2-3; 水素選択透過性隔膜の製作および評価

前川 康成; 長谷川 伸; 澤田 真一; Chen, J.; 橋本 直幸*; 磯部 繁人*

no journal, , 

原子炉建屋に適合する無電力爆発防止システムの安全性の確保を目的に、水素吸蔵材を水蒸気や酸素から保護する水素選択透過膜の開発を進めた。ガス透過性の高い多孔性ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を出発基材として、放射線グラフト重合技術により、アクリル酸をグラフト重合したAAc-グラフト膜を作製した。AAc-グラフト膜のガス透過度は、グラフト率に依存すること無く、目標の水素透過度(10mol/ms Pa)よりも約2桁高い値だった。上記グラフト膜の空隙率は出発基材と同じレベル(55-60%)だったことから、放射線グラフト重合による高分子多孔膜の穴埋め効果が無いことがわかった。そこで、圧縮法により市販の多孔性PFDF膜の空隙率を20-30%に制御後、グラフト重合を試みたところ、水素透過度が10mol/ms Pa台において、水蒸気透過性比(H/HO)7.8、窒素(酸素モデル)透過性比(H/N)6.0を示すAAc-グラフト膜が得られた。上記結果から、圧縮法と放射線グラフト重合を組み合わせた手法は、水蒸気,酸素に対して水素を選択的に透過する水素選択透過性隔膜の作製に有効であることが確認できた。