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論文

Development of high-grade VPS-tungsten coatings on F82H reduced activation steel

徳永 知倫*; 渡辺 英雄*; 吉田 直亮*; 長坂 琢也*; 笠田 竜太*; Lee, Y.-J.*; 木村 晃彦*; 時谷 政行*; 光原 昌寿*; 檜木 達也*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 442(1-3), p.S287 - S291, 2013/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:49.64(Materials Science, Multidisciplinary)

VPS-W coating formed on F82H kept at about 873K in conventional plasma spray conditions has inhomogeneous texture; namely mixture of disarranged area composed of large re-solidified/un-melted grains, fine randomly oriented grains and pores, and well ordered area composed columnar grains. Heat load test indicate that elimination of the disarranged area is necessary to improve the heat load resistance of VPS-W. One can get W coating with texture of homogeneous columnar crystal grains by eliminating the re-solidified/un-melted large particles. Optimization of the W powder size was also effective to reduce number of randomly oriented fine grains and pores.

論文

Japanese contribution to the DEMO-R&D program under the Broader Approach activities

西谷 健夫; 山西 敏彦; 谷川 博康; 野澤 貴史; 中道 勝; 星野 毅; 香山 晃*; 木村 晃彦*; 檜木 達也*; 四竈 樹男*

Fusion Engineering and Design, 86(12), p.2924 - 2927, 2011/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.62(Nuclear Science & Technology)

日欧間協力である幅広いアプローチ活動(BA)の一環として、ブランケット材料開発を中心としてR&Dが新たに開始されている。それぞれの極における原型炉のための共通課題として、ブランケット構造材としての低放射化フェライト鋼,流路保護材及び先進構造材としてのSiC/SiC複合材、先進中性子増倍材,先進トリチウム増殖材及びトリチウム技術の5つの課題が進められている。日本において、これらのR&Dは、BAの実施機関である原子力機構が中心となり、多くの大学及び研究機関の協力を得て進められている。

論文

Tensile, compressive and in-plane/inter-laminar shear failure behavior of CVI- and NITE-SiC/SiC composites

野澤 貴史; Choi, Y.-B.*; 檜木 達也*; 岸本 弘立*; 香山 晃*; 谷川 博康

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 18, p.162011_1 - 162011_4, 2011/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:97.44

SiC/SiC複合材料は、その優れた耐照射特性や耐熱材料としての資質から、先進核分裂炉又は核融合炉の候補材の一つに挙げられる。さまざまな織物構造に起因する潜在的な異方性のため、多様な破壊モードにおける亀裂進展挙動を特定することは重要である。本研究は、主軸/非主軸の引張/圧縮モード,Iosipescu法による面内剪断モード,ダブルノッチ剪断法による層間剪断モード,径圧縮試験法による層間剥離モードについて亀裂進展挙動を明らかにする。初期検討により強度異方性マップを明らかにしたところ、本材料は複合破壊モードで破壊が進行することが示唆された。特に、面内剪断及び層間剪断モードが試験結果に大きく影響していることが明らかとなった。

論文

Recent advances and issues in development of silicon carbide composites for fusion applications

野澤 貴史; 檜木 達也*; 長谷川 晃*; 香山 晃*; 加藤 雄大*; Snead, L. L.*; Henager, C. H. Jr.*; Hegeman, J. B. J.*

Journal of Nuclear Materials, 386-388, p.622 - 627, 2009/04

 被引用回数:108 パーセンタイル:99.35(Materials Science, Multidisciplinary)

先進SiC/SiC複合材料は核融合炉材料としてこれまで開発が進められている。近年において耐照射特性に優れる複合材料の開発に成功し、今もなおさらなる材料特性の改善を目指した研究が継続して行われている。一通りの複合材料の設計と基本用件の実証が終了し、SiC/SiC複合材料の開発は徐々に実用化を見据えた材料特性データベースの整備に移行している。主要な評価項目として、(1)照射下クリープやヘリウム/水素同時照射効果を含む重照射効果,(2)腐食・浸食挙動,(3)ヘリウムや水素以外の核変換物質の影響,(4)接合部特性などが挙げられる。また、SiC/SiC複合材料のFCI応用においては照射下の電気伝導率の変化が重要な課題である。本論文はSiC/SiC複合材料研究の最近の進捗状況を総括するとともに、材料データベース構築のために必要となる評価技術の標準化に関する国際協力の進展を解説する。

論文

Evaluation on failure resistance to develop design basis for quasi-ductile silicon carbide composites for fusion application

野澤 貴史; 檜木 達也*; 香山 晃*; 谷川 博康

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

SiC/SiC複合材料は将来の高熱効率を志向した核融合炉先進オプションの有力候補材料として期待されている。本論文は、SiC/SiC複合材料の構造部材への実用化を目的とし、擬延性を特徴とするSiC/SiC複合材料の設計基準の開発にかかわる検討の進捗状況に関して報告するものである。具体的には、次世代耐照射性SiC/SiC複合材料の1つであるナノインフィルトレーション遷移共晶相焼結(NITE)法で作製されたSiC/SiC複合材料の破損挙動(例えばマトリックスクラック挙動)を評価した。試験片サイズによらないNITE-SiC/SiC複合材料のノッチ鈍感性を特定した結果、破損評価におけるクライテリオンとして応力クライテリオンが有力との結論を得た。

論文

Fabrication of SiC fiber reinforced SiC composite by chemical vapor infiltration for excellent mechanical properties

井川 直樹; 田口 富嗣; 野澤 貴史*; Snead, L. L.*; 檜木 達也*; McLaughlin, J. C.*; 加藤 雄大*; 實川 資朗; 香山 晃*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 66(2-4), p.551 - 554, 2005/02

 被引用回数:40 パーセンタイル:80.74(Chemistry, Multidisciplinary)

SiCは高温機械特性や中性子照射下での低放射化特性等に優れているが、低い靱性や脆性破壊挙動が問題である。SiC繊維で強化したSiC複合材料は、SiCの持つこれらの欠点を大きく改善させたものであり、核融合炉の第一壁等を始めとした構造材料として期待されている。近年、従来よりも高温安定性や耐酸化性に優れた高結晶性SiC繊維が開発され、一層の機械特性等の向上が期待されている。本報では、これら新繊維を用い、機械特性の向上を目標として、低放射化特性に最も優れた手法である化学気相浸透法を用いた複合材料作製の最適化を行った。作製時の原料ガスやキャリアガスの流量等を変化させることにより、従来よりも複合材料の緻密化,均質化が達成できた。また、複合材料中のSiC繊維割合を増加させることにより気孔が減少することがわかった。SiC繊維-母相間の界面材として、カーボン層あるいはC/SiC多層を採用し、界面材の厚みに対する引張機械特性評価を行った。50$$sim$$300nmの界面材厚さ範囲では、引張機械特性の厚み依存性が極めて小さく、この結果、界面材の薄膜化が可能であり、耐照射性の向上が期待できること、また、界面材厚みに対する設計誤差の許容範囲が拡大することを見いだした。

論文

Fabrication of advanced SiC fiber/F-CVI SiC matrix composites with SiC/C multi-layer interphase

田口 富嗣; 野澤 貴史*; 井川 直樹; 加藤 雄大*; 實川 資朗; 香山 晃*; 檜木 達也*; Snead, L. L.*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.572 - 576, 2004/08

 被引用回数:42 パーセンタイル:92.95(Materials Science, Multidisciplinary)

SiC/SiC複合材料は、高温高強度及び低放射化であることから、核融合炉材料の候補材料の一つである。複合材料の機械的特性向上のために、ナノメートルオーダーで制御したSiC/Cマルチレイヤーを界面層とする先進SiC繊維を用いた、SiC/SiC複合材料を熱傾斜化学蒸気浸透法(F-CVI)により作製した。走査型及び透過型電子顕微鏡観察により、先進SiC繊維の周りにSiC/Cマルチレイヤーが生成していることを確認した。曲げ試験及び引張試験の結果、SiC/Cマルチレイヤー界面層を有する複合材料の強度は、単層C界面層を有する複合材料の強度に比べ、約10%程向上することがわかった。機械強度試験後の破面観察の結果、繊維の周りに円筒状の段差が生じていることが確認され、繊維の引き抜けだけでなく、繊維束の引き抜けも生じていた。さらに、SiC/Cマルチレイヤー内で生じたき裂の偏向は、C層内で生じていることがわかった。これらの結果から、本研究で作製したSiC/Cマルチレイヤーは、機械強度改善に十分に貢献することがわかった。

口頭

Development of high temperature fusion blanket with LiPb-SiC and its socio-economic aspects

小西 哲之*; 山本 靖*; 檜木 達也*; 香山 晃*; 榎枝 幹男

no journal, , 

本報告は、京都大学における先進SiC複合材を用いたLiPb-SiCブランケットの開発の成果と社会経済効果について報告する。ブランケットは核融合炉においては、核融合反応のエネルギーを人類が利用可能な形態に変換する非常に重要なインターフェイス機器である。先進SiC複合材によるLiPb-SiCブランケットは、高温の良質のエネルギー取出しが可能なシステムであり、世界でもEU,アメリカ他多くに国々が開発を実施している。京都大学では、実際にLiPbループを用いた伝熱・流動・MHD効果の評価・トリチウム透過率評価などの研究を実施しており、それらの成果を取りまとめて報告する。また、ブランケット設計と社会経済効果についても検討を行ったので併せて報告する。

口頭

Evaluation of advanced materials for liquid Li-Pb blanket environment

新川 智史*; 上野 幸久*; 榎枝 幹男; 檜木 達也*; Park, J.*; 山本 靖*; 小西 哲之*

no journal, , 

液体LiPbブランケットは、高い熱負荷と中性子負荷において効果的に除熱ができ高い経済性が望める先進ブランケットとして、開発をすすめているものである。本報告では、その技術課題を解決するために、実際に液体LiPb実験ループを用いて、SiC/SiC及び低放射化フェライト鋼を構造材に用いる液体LiPbテストブランケットシステムの材料共存性,トリチウム透過性,MHD圧損について、600$$^{circ}$$Cまで、先進材料を用いたデータ取得を実施した結果を報告するものである。さらに、実験結果からブランケット構造設計への提案を行うものである。

口頭

ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の開発,5; 構成要素の熱特性及び微細組織観察

堂野前 貴子; 三輪 周平; Park, J. S.*; 檜木 達也*

no journal, , 

ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の有望な候補として熱効率の高い窒化物燃料を用いたコンポジット燃料体に関する検討を進めている。本報告では、模擬窒化物燃料を用いたコンポジット燃料体の熱特性試験と微細組織観察を行い、コンポジット燃料の熱特性と作製技術に関する課題を明らかにした。

口頭

ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の開発,2; 燃料要素設計

三輪 周平; 堂野前 貴子; 檜木 達也*

no journal, , 

高燃焼度を目指したガス冷却高速炉用燃料の作製技術開発の一環として、燃料作製の方針を検討するために燃料要素設計を行い、設計が成立する基本的な仕様として燃料核径,バッファ層厚さ及び燃料間寸法の関係を把握した。

口頭

Development of high burn-up fuel with SiC matrix for gas-cooled fast reactor

檜木 達也*; Park, Y.*; Park, J.*; 三輪 周平; 堂野前 貴子

no journal, , 

高密度のNITE-SiC/SiC複合材の製造技術をガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の製造技術に応用する。燃料密度50%を達成するために、棒状の燃料($$phi$$1$$times$$10mm程度)を100-300$$mu$$m間隔で並べる必要があるが、こうした既存の技術はない。今回の研究により棒状燃料と同サイズの炭素棒を使うことで、均等な穴を加工することができた。また緩衝材となるSiCバッファ相も、SiCポリマー前駆体であるPCSとの配合比を調整した結果、形成に成功した。燃料間の幅は、200$$mu$$m程度に決定した。

口頭

ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の開発,2-2; 燃料要素設計,2

三輪 周平; 堂野前 貴子; 檜木 達也*

no journal, , 

高燃焼度を目指したガス冷却高速炉用燃料の作製技術開発の一環として、燃料作製仕様を検討するために要素設計を行い、熱計算及び応力計算結果をもとに燃料形態をはじめとしたコンポジット燃料の基本仕様を定めた。

口頭

ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料の開発,2-4; コンポジット模擬燃料の微細組織評価

堂野前 貴子; 三輪 周平; Park, J. S.*; 檜木 達也*

no journal, , 

ガス冷却高速炉用高燃焼度燃料に用いるコンポジット燃料体の特性を評価した。コンポジット燃料体での固相マトリックスと緩衝材との界面に着目して微細組織を観察することにより、助剤偏析状況と強度特性との相関があることが明らかとなった。さらに、強度試験後の固相マトリックスについても、応力負荷状況と微細組織の関係について調べた。その結果、応力負荷の有無と結晶粒の成長度合いに相関が認められた。

口頭

BA活動におけるSiC/SiC複合材料の第1フェーズ研究開発; SiC/SiC複合材料の破損評価

野澤 貴史; Choi, Y.-B.*; 檜木 達也*; 谷川 博康

no journal, , 

BA活動におけるSiC/SiC複合材料の研究開発では、原型炉設計に資する機械的特性データベースの整備と関連する試験技術の開発を実施し、特に、核融合模擬環境下での破損シナリオの提示まで目指す。第1フェーズ(2007$$sim$$2009年)では、2010年からの本格的な研究開発に先立ち、SiC/SiC複合材料の破損挙動の予備的評価を実施し、主活動期間における課題の抽出と絞り込みを行った。本研究では、さまざまな破損モード試験により、室温での強度異方性マップを特定した。その結果、SiC/SiC複合材料の破損は個々の破損モードの重ね合わせによる二次破損則に従うことが明らかになった。特に、SiC/SiC複合材料の破損における、面内剪断,層間剥離モードの重要性が明示された。

口頭

Microstructure investigation on SiC by nano-infiltration transient eutectic process after triple ion beam bombardment

小沢 和巳; 小柳 孝彰*; 田口 富嗣; 野澤 貴史; 谷川 博康; 近藤 創介*; 檜木 達也*

no journal, , 

SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の機能・構造材料候補である。核変換ヘリウム及び水素が微細組織(特にキャビティスウェリング)に及ぼす影響を調べるため、ナノインフィルトレーション遷移共晶(NITE)法で作製されたモノリシックSiC(助剤として6wt%のY$$_{2}$$O$$_{3}$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を含む)を1000$$^{circ}$$C, 10dpa, 130appmHe/dpa, 40・400appmH/dpaの条件下でイオン照射した後、TEM微細組織観察に供した。その結果、この照射条件下では、SiC結晶粒内に生じる直径2nm程度のキャビティ形成に及ぼす顕著な水素効果は確認できず、形成は高密度であるもののサイズが小さいため、スウェリングに顕著な影響が生じないことが明らかとなった。加えて、SiC-YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)粒界上には同条件でイオン照射したCVI-SiC試料と比べて3-5倍程度の大きさのキャビティの形成が確認されたが、数密度が極端に低いため、これらもスウェリングに寄与することはないことが示唆される。今後は、純SiC中には存在しない不純物であるYAG粒内とその周辺の微細組織発達過程を明らかにしていく。

口頭

ナノインフィルトレーション遷移共晶法で作製されたモノリシックSiCのイオン照射後微細組織に及ぼす核変換水素の影響

小沢 和巳; 小柳 孝彰*; 田口 富嗣; 野澤 貴史; 谷川 博康; 近藤 創介*; 檜木 達也*

no journal, , 

先進SiC/SiC複合材料は核融合実証(DEMO)炉の候補材料として期待されている。炉材料としての実現のためには、核変換反応生成物であるHeとHの与える影響を、微細組織のレベルから明らかにすることが望まれている。高純度な$$beta$$-SiCの方のHe効果は理解が進んでいるものの、新規製法であり、マトリックスにプロセス添加剤に由来する第二相を含むNITE(ナノインフィルトレーション遷移共晶)法SiC/SiC複合材料ではその知見が著しく限られている。そこで、本研究では、上記材料のモノリシック成分であるNITE-SiCに対し二重・三重イオン同時照射を実施し、1000$$^{circ}$$C, $$sim$$30dpaまでの、キャビティ又はループ等に代表される点欠陥クラスター微細組織発達過程に及ぼす核変換H原子の影響について検討した。

口頭

平織構造を有するTyranno-SA3繊維強化SiC複合材料のラプチャー特性

小沢 和巳; 野澤 貴史; 豊島 和沖*; 谷川 博康; 檜木 達也*

no journal, , 

SiC/SiC複合材料は核融合炉用先進ブランケットにおいて有力な候補材料である。本研究では、炉材料設計データを蓄積するにあたり、必須にもかかわらず未だ知見の乏しい先進SiC/SiC複合材料の、高温・高負荷応力状態における非照射ラプチャー特性を評価した。平織構造のTyranno-SA3 SiC繊維で強化しSiCマトリックスを有する複合材料は、現在のところ特に顕著なノッチ効果も認められず、1000$$^{circ}$$C、真空あるいは不活性ガス雰囲気下では、比例限度応力(PLS)の140%の負荷で450時間、また、PLS付近で1000時間負荷し続けても破断しない優れた結果が得られた。

口頭

Tensile deformation behavior of plain-woven Tyranno-SA3 CVI-composites at elevated temperatures

小沢 和巳; 野澤 貴史; 豊島 和沖*; 谷川 博康; 檜木 達也*

no journal, , 

SiC/SiC複合材料は核融合炉用先進ブランケットにおいて有力な候補材料である。本研究では、炉材料設計データを蓄積するにあたり、必須にもかかわらず未だ知見の乏しい先進SiC/SiC複合材料の、非照射状態における高温引張変形挙動を評価した。平織構造のTyranno-SA3 SiC繊維で強化しSiCマトリックスを有する複合材料は、現在のところ特に顕著なノッチ効果も認められず、1000$$^{circ}$$C、真空雰囲気下では、比例限度応力(PLS)の130%の負荷で1986時間負荷し続けても破断しない優れた引張ラプチャー特性が示された。

口頭

FCI想定温度域における高線量照射後の先進SiC繊維の微細構造変化

小沢 和巳; 近藤 創介*; 野澤 貴史; 谷川 博康; 檜木 達也*

no journal, , 

SiC/SiC複合材料は核融合炉用先進ブランケットの候補材料として期待されている。本発表ではFlow Channel Insert(FCI)として想定される温度領域での先進SiC繊維のスウェリングと微細組織を、段差測定とFE-TEMにより評価した。予備的段差測定の結果、600$$^{circ}$$C、100dpaのイオン照射後のTyranno-SA3繊維材ではマトリックスと繊維が比較的同程度の高さで水平であったのに対し、Hi-Nicalon Type-S繊維材では繊維中央部分に凹部が認められた。2種類の先進SiC繊維の照射後微細組織変化の相違について、イオン照射特有の課題点ならびに界面相の影響も考慮しつつ、既に報告されている中性子・イオン照射結果とも比較しつつ議論した。

口頭

Suppression of MOX fuel used in LWR swelling caused by development of gas babble resulted from He accumulated during long-term storage

芹澤 弘幸; 近藤 創介*; 檜木 達也*

no journal, , 

照射材料工学研究グループは、CeO$$_{2}$$薄膜を用いて、ヘリウム析出によるFCC-タイプの物質の組織変化を研究している。製膜した薄膜を、1273Kで2時間熱処理してエピ成長させた後、TIARAを用いて130-keVで4価のヘリウムをイオン注入した。イオン注入後の試料を更に熱処理した後、FIBを用いてSTEM観察用試料を準備した。薄膜表面には、多くのブリスタが形成された痕跡が認められた。観測されたブリスタは、表面直下でのヘリウム析出に伴うガスバブルに由来するものであると考えられる。ブリスタのふたの部分は、セラミックス材料であるために、欠落していた。薄膜断面には、30-100nmのガスバブルが多数発現していた。ガスバブルの形状は14面体であり、明らかにボイドの集積により形成されるキャビティーとは異なる形状であった。この結果は、ヘリウムの析出がガスバブルの形状に影響を与えることを、明確に示している。

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