Interaction of solute manganese and nickel atoms with dislocation loops in iron-based alloys irradiated with 2.8 MeV Fe ions at 400 C

Nguyen, B. V. C.*; 村上 健太*; Chena, L.*; Phongsakorn, P. T.*; Chen, X.*; 橋本 貴司; Hwang, T.*; 古澤 彰憲; 鈴木 達也*

Nuclear Materials and Energy (Internet), 39, p.101639_1 - 101639_9, 2024/06

https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101639

In reactor pressure vessel materials, the formation of Mn- and Ni-rich nanoclusters is a major cause of neutron irradiation embrittlement. The segregation of these solute atoms into dislocation loops has attracted attention as a mechanism to accelerate solute clustering. In this study, the behaviors of solute Mn and Ni atoms in Fe-0.6wt.%Ni, Fe-1.4wt.%Mn, and Fe-1.4wt.%Mn-0.6wt.%Ni alloys irradiated at 400 C up to 3 dpa were analyzed using three-dimensional atom probe tomography. Solute atom clusters were observed in all materials, and their shapes were spherical, flat, and torus in FeNi, FeMn, and FeMnNi, respectively. In ternary alloy FeMnNi, Mn and Ni atoms were concentrated in the sample in the form of arcs, and the orientation of the plane containing the arcs was estimated by comparing field desorption images. The size, number density, and orientation of this structure were found to be in good agreement with those of both types of dislocation loops, namely, b = 1/2 111 and b = 100, identified in a previous study using the same material. The positions of Ni and Mn enrichment did not fully overlap. Ni atoms tended to be concentrated more in the inner part of the loop than the Mn atoms. Mn atoms were enriched only in the vicinity of the dislocation loops, whereas Ni atoms showed a higher concentration inside the dislocation loops than in the bulk.

レーザー光を用いた燃料デブリ・炉内構造物取出しに向けた研究(II); 平成25年度研究成果

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; Nguyen, P. L.; 松永 幸大

JAEA-Research 2014-018, 41 Pages, 2014/09

JAEA-Research-2014-018.pdf:42.21MB

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出し対象とする必要がある。この燃料デブリは、米国・スリーマイル島原子力発電所2号機での知見から、形状不定、高硬度、多孔質、多成分などの特徴を持つと考えられ、これを的確に取出すことのできる工法を確立する必要がある。本報では、高出力・高出力密度、局所加工性、遠隔操作性に優れ、更には靭性によらず溶断・破砕を行うことが可能なレーザー光を熱源とした切断工法を対象とし、燃料デブリの取出しに必要となる要素技術を開発することを目標とした研究計画を策定するとともに、これに基づいた2013年度(平成25年度)の研究成果について記載した。

Identified charged hadron production in collisions at = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.83.064903

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からのの横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。またやスケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

Measurement of neutral mesons in + collisions at = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.83.052004

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの, , と中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

Influence of coupled THM phenomena on the safety of a spent fuel repository; A Near-field study

Nguyen, T. S.*; Brgesson, L.*; 千々松 正和*; 藤田 朝雄; Hernelind, J.*; Jussila, P.*; Rutqvist, J.*; Jing, L.*

Proceedings of 2nd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geo-systems; Fundamentals, Modeling, Experiments and Applications (GeoProc 2006), p.141 - 149, 2006/05

処分場で発生する不確実性に対する解決方策の1つとして、熱-水-応力-化学連成現象の解明が挙げられる。本論では、このような処分場に起こる不確実性評価に資することを目的に設定されたDECOVALEX-THMCのTask Aについて、特に、設定された問題、その背景及び試解析結果を示すものである。

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,1; 研究開発計画の概要

村松 壽晴; 山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.

no journal, , 

燃料と炉内構造物が溶融混合再凝固した燃料デブリの取出しに求められる工法に対しては、(1)任意形状を持つ燃料デブリに対応できること、(2)靭性の高い金属の溶断に加え、靭性の低い高硬度セラミックス(HV 1300)にも対応できること、(3)熱伝導過程を阻害するキャビティーを有するポーラス体燃料デブリにも対応できること、(4)核燃料物質、炉内構造物及びそれらの酸化物から成る多成分燃料デブリにも対応できることなどが要求される。原子力機構では、これらを可能とする取出し工法の一つとして、レーザー光を用いた溶断・破砕技術に着目し、工学的観点からこれを実現するための研究を進めている。本報では、研究開発目標及び計画の概要について紹介する。

レーザー光を用いた福島燃料デブリ取出し技術に関する研究開発,10; レーザー加工プロセスシミュレーションコードSPLICEによる溶断時過渡温度特性

村松 壽晴; 山田 知典; Nguyen, P. L.; 吉氏 崇浩*; 近藤 敦哉*; 古谷 章*

no journal, , 

燃料デブリ取出し作業の過程で遭遇すると考えられる様々な成分から成る金属材料に対するレーザー溶断条件の適切化を行えるようにするため、気-液-固相変化を含む伝熱流動現象を数値解析的に取扱うレーザー加工プロセスシミュレーションコードSPLICEの開発を進めている。本報告では、レーザー溶断時の金属材料表面における過渡温度挙動と溶断性能との関連性をSPLICEコードにより評価した結果について報告する。

レーザー光を用いた複雑形状対象物の溶断・破砕

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

原子力機構では、福島第一原子力発電所の炉容器下部に堆積していると考えられる燃料デブリ及び炉内構造物の取出し技術の確立を目指した研究開発を行っている。スリーマイル島原子力発電所2号機の原子炉構造物損傷状況の知見より、燃料デブリは金属としての性質を持つ領域と、セラミックスとしての性質を持つ領域が存在し、それらが任意の形状で空間的に分散していると考えられる。この取出し技術としては、遠隔操作により燃料デブリの形状、組成などを分析可能な外界センサーが必要であり、得られた情報を基に可制御パラメータを適切に設定して溶断、破砕を行う必要がある。本研究では、レーザースキャナとx-y-z 3軸ロボットを組合せることで、遠隔操作により試験片の溶断・破砕を行った。試験片は、ステンレス鋼の表面にアルミナペレットを接着させた物であり、金属領域とセラミックス領域を含有する複雑形状対象物である。レーザースキャナにより得られた情報を基に溶断・破砕を行うことで、金属領域では、レーザー光は裏面まで貫通し、セラミックス領域も破砕できたことから、レーザースキャナを利用した対象物の形状認識が有効であることが確認できた。

Evaluation of fiber laser cutting and crushing applied to the removal technology of fuel debris and in-vessel structures

山田 知典; 羽成 敏秀; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出す遠隔操作技術が必要となる。レーザー光を熱源とした切断工法は、遠隔操作性に優れるとともに、狭隘部での作業が可能なこと、レーザー照射時の反力が著しく小さいことなどの特徴から、燃料デブリの取出し技術の一つとして期待される。本研究では、レーザー溶断、破砕性能を評価するために金属やセラミックスを用いて照射試験を行った。連続発振では、30mm厚のSS400を切断でき、パルス照射では10mmのアルミナペレットを破砕できた。さらに、x-y-z3軸ロボットシステムにレーザースキャナと高出力ファイバーレーザーを接続することにより、金属-セラミックス混合体の溶断、破砕が可能であった。これらの成果は、廃止措置作業で要求されるシステム仕様の明確化などへの貢献が期待される。

Evaluation of pulsed laser irradiation on concrete using a QCW laser system

Nguyen, P. L.; 大道 博行; 松永 幸大; 羽成 敏秀; 寺田 隆哉; 山田 知典; 河内 哲哉

no journal, , 

Laser irradiation techniques for removing degraded parts of concrete structure such as tunnel's concrete of railways safely and efficiently is an urgent task, since the significant defects in wall concrete have been detected in the JR West tunnels, Japan. In this work, the characteristic of hole drilled into concrete and the material removal mechanism corresponding to the temperature of surface concrete during laser drilling were investigated by using high speed camera and thermography. The QCW (Quasi continuous wave) fiber laser system having compact dimensions was used in this experiment allowing for a maximum peak power of 1.5 kW and average power of 150 W, operating at 1070 nm. Results show that the melt concrete is removed from the interaction zone both in vapor and melt liquid state. Also the melt concrete expulsion has a significant effect of variation in peak power and pulse duration. In addition, the penetration depth was achieved on 20 mm thick with peak power of 1600 W within 10 s. This basic study of pulsed laser drilling provides useful information to control and enhance the performance for laser irradiation on concrete.