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論文

原子炉容器用鋼材の中性子照射脆化の評価

大岡 紀一*; 石井 敏満

非破壊検査, 52(5), p.235 - 239, 2003/05

国内の原子力発電プラントの使用期間延長が計画されている中で、長期間運転に伴う原子炉圧力容器の照射脆化の予測や評価に資する新たな手法の開発への取り組みが盛んに行われている。本稿は、原子炉圧力容器の供用期間中の健全性を評価するための現行の監視試験法について、また、運転期間の延長に伴う監視試験片数の不足への対応として、試験を終了した照射後試験片の一部を利用して新たな照射試験片を製作するための「監視試験片の再生技術」などの技術開発及び原子炉圧力容器の照射脆化を非破壊的に評価するための技術開発について紹介したものである。

論文

Development of a non-destructive testing technique using ultrasonic wave for evaluation of irradiation embrittlement in nuclear materials

石井 敏満; 大岡 紀一; 星屋 泰二; 小林 英男*; 齋藤 順市; 新見 素二; 辻 宏和

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part.1), p.240 - 244, 2002/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:24.34(Materials Science, Multidisciplinary)

軽水炉や核融合炉などの構造材料の照射脆化を超音波法で非破壊的に評価する試験技術の開発を進めている。本研究では、原子炉圧力容器用A533B-1鋼材,不純物Pの含有量を低く調整したA533B-1鋼材及びサブマージマーク溶接部から製作した衝撃試験片をJMTRにおいて523K又は563Kで中性子照射した後、遠隔操作による超音波測定を行い、試験片中を伝わる超音波の音速及び減衰率を求めた。その結果、照射材では、未照射材に比べて横波,縦波ともに音速が低下し、縦波の減衰率は上昇する傾向があることがわかった。音速の低下は、中性子照射による鋼材の剛性率及びヤング率の低下に起因することが推測される。また、シャルピー吸収エネルギーの41Jレベル遷移温度シフト量の照射に伴う増加に対して、超音波の音速は低下し、減衰率は上昇する特性があることを見いだした。

論文

Economic scale of utilization of radiation, 1; Industry: Comparison between Japan and the U. S. A.

幕内 恵三; 田川 精一*; 柏木 正之*; 釜田 敏光*; 関口 正之*; 細淵 和成*; 富永 洋*; 大岡 紀一

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(9), p.1002 - 1007, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:41.16(Nuclear Science & Technology)

本件は、平成11年度及び平成12年度に実施した「我が国の放射線利用経済規模」、「我が国と米国の放射線利用経済規模」に関連し、工業利用についての報告である。調査の結果は次のとおりである。(1)米国放射線利用項目を経済規模が大きい順に並べると、(a)半導体加工(4.5兆円),(b)タイヤ(1.6兆円),(c)医療用具の滅菌(約5,800億円),(d)非破壊検査(約780億円)の順となる。傾向は我が国も同じである。この(a)から(d)の合計(特化項目の合計)は、米国が約6.7兆円,我が国が約4.7兆円となる。この規模比率は1.4である。全体的に見ると放射線工業利用製品を、米国は大量に安く生産している。(2)1997年における米国のGDPは1,006兆円、此に対する日本のGDPは512兆円である。米国は日本の約2倍である。米国特化項目の合計の対GDP比は0.7%,我が国限定項目の合計の対GDP比は0.9%となる。両者はほとんど差がない。

論文

赤外線サーモグラフィによる材料内部欠陥の検出とその数値シミュレーション; 欠陥検出における材料の熱拡散率の影響

石井 敏満; 稲垣 照美*; 坂根 泰輔*; 中谷 隆彦*; 大岡 紀一; 近江 正男; 星屋 泰二

非破壊検査, 51(4), p.223 - 230, 2002/04

赤外線サーモグラフィを用いた非破壊試験法は、材料や構造物の内部欠陥を遠隔かつ非接触で検出できる一方で、欠陥の定量的検出手法の確立が急務となっている。本研究では、母材より熱拡散率の小さい人工内部欠陥を有する試験片を裏面から非定常加熱した場合に、試験片表面に生じる不規則な温度分布を赤外線カメラで測定し、その熱画像から欠陥を識別した。また、開発した解析コードによる非定常三次元熱伝導の数値解析の結果、試験片表面では内部欠陥の上部に相当する位置の温度がその周辺に比べて低温となり、その温度変化が実験結果と良好に対応することを確認した。これにより、欠陥寸法等に依存して生じる表面温度変化の定量評価の見通しを得た。さらに、同じ欠陥を有する試験片の表面では、熱拡散率が小さい母材ほど欠陥上部の位置とその周辺との温度差は大きくなり、熱拡散率と温度差の相関についても定量評価できる見通しを得た。

論文

Application of infrared thermography to nondestructive evaluation of nuclear structures and components

石井 敏満; 大岡 紀一; 那珂 通裕; 金谷 邦雄; 齋藤 順市; 岡本 芳三*

Proceedings of 6th Far-East Conference on Nondestructive Testing (FENDT '02), p.273 - 278, 2002/00

原子力施設において、安全上重要な構造物や機器は、原子炉停止中の検査は元より、運転中にも状態を監視して健全性を確保することが重要であり、それには各種の非破壊試験法を適切に応用する必要がある。また、原子力施設では、原子炉の運転に伴う放射線や高温の環境により検査員が接近できない場所にも多くの機器が設置されており、これらを監視するためのリモートセンシング技術を応用した非破壊試験法の確立が急務となっている。本報では、最近リモートセンシング技術として注目されている、赤外線サーモグラフィを原子力施設の機器や構造物の診断に応用した例として、赤外線サーモグラフィによりJMTRの機器や構造物の熱画像データを取得し、機器の運転状態や構造物の内部状態との対応について評価することにより、非破壊試験法としての有効性を検討した結果について紹介する。

論文

超音波を用いた圧力容器鋼の照射脆化診断法の技術開発

石井 敏満; 大岡 紀一; 新見 素二; 小林 英男*

金属, 71(8), p.20 - 24, 2001/08

JMTRホットラボにおいて、原子炉圧力容器鋼など構造材料について超音波を応用した非破壊的照射脆化診断技術の開発を進めている。これまでに、原子炉圧力容器用A533B cl.1鋼材,不純物Pの含有量を低く調整したA533B cl.1鋼材及びサブマージアーク溶接材の3種類の材質の衝撃試験片をJMTRにおいて523K又は563Kで中性子照射を実施した。これらの試験片について遠隔操作による超音速測定を行い、試験片中を伝わる超音波の音速及び減衰率を求めた。その結果、未照射材に比べて照射材では、横波及び縦波の音速が低下するとともに、縦波の減衰率が上昇することがわかった。また、音速の低下は、中性子照射による鋼材の剛性率及びヤング率の低下に起因することが予測される。更に、シャルピー吸収エネルギーの41Jレベル遷移温度のシフト量が増加するのに伴い横波の音速が低下し、縦波の減衰率が上昇する特性データを得た。

論文

超音波を用いた圧力容器鋼材の照射脆化診断法の技術開発

石井 敏満; 大岡 紀一; 星屋 泰二; 小林 英男*

KURRI-KR-62, p.29 - 41, 2001/03

原子力発電プラントの寿命延長により、炉内に装荷されている圧力容器監視試験片の不足が予想される。このため、試験片を再利用し、長期にわたる監視試験データを得るために、非破壊評価方法の適用が検討されている。ホットラボ課では、超音波を用いた圧力容器鋼材などの照射脆化診断法の技術開発を進めている。これまでに、原子炉圧力容器用A533B-1鋼材,不純物Pの含有量を低く調整したA533B-1鋼材及びサブマージアーク溶接材の3種類の材質からなる衝撃試験片をJMTRで照射した後、遠隔操作による超音波測定を行い、照射材中の音速及び減衰率の変化を求めた。その結果、全ての照射材で音速が低下し、減衰率が上昇する傾向が得られた。また、音速低下は照射材のヤング率の低下に起因することが予想された。さらに、シャルピー吸収エネルギーの41Jレベル遷移温度のシフト量増大に対して音速が低下し、減衰率が上昇する傾向が得られた。

論文

原子力利用の経済規模

武久 正昭*; 田川 精一*; 柏木 正之*; 富永 洋*; 石川 勇*; 大岡 紀一; 釜田 敏光*; 細淵 和成*; 幕内 恵三; 竹下 英文; et al.

原子力利用の経済規模; NSAコメンタリーシリーズ, No.9, 139 Pages, 2001/01

平成11年度に、原研は科技庁研究技術課(現在、文科省研究振興局量子放射線研究課)から委託調査を受け、「放射線利用の国民生活に与える影響に関する研究」と題する調査を実施した。調査実施主体は原研高崎研である。具体的には原研高崎研のなかに放射線フロンティア研究委員会放射線利用経済効果専門部会を作り、約20名の放射線利用専門家に委員となって戴いた。工業,農業,及び医学・医療といった異なる分野からの委員が参集して下さった。1年間(実質は6ヶ月)の活動により、我が国において放射線利用がどの程度拡がっているが、経済規模(金額)の形で数値が報告された。約8兆6千億円であった。また、成果の一部は放射線利用シンポジウム等で公開された。この成果報告に興味を持たれた田畑米穂先生(東大名誉教授)が、原子力研究システム懇話会から成果報告冊子を出してはどうかと原研に進めて下さった。研究事務局では専門部会に諮ったところ了解が得られた。最終的には「原子力利用の経済規模」という標題で刊行が決まった。標題が放射線利用から原子力利用に変わったのは、原研に東電グループが協力して原発の経済規模を求め、放射線利用と合体してくれたからである。詳細に検討するといろいろ課題は残っているものの、システマティックに我が国の原子力利用の経済規模を求めるのに成功した。本外部発表票の発表者は、上記経済効果専門部会に原研高崎から参加した専門家である。

論文

Development of a small specimen test machine to evaluate irradiation embrittlement of fusion reactor materials

石井 敏満; 近江 正男; 齋藤 順市; 星屋 泰二; 大岡 紀一; 實川 資朗; 衛藤 基邦

Journal of Nuclear Materials, 283-287(Part.2), p.1023 - 1027, 2000/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.24(Materials Science, Multidisciplinary)

国際エネルギー機関(IEA)が概念設計した加速器型中性子源を用いた国際核融合材料照射装置(IFMIF)は、核融合炉材料開発に不可欠な照射装置である。しかしながら、照射体積に制限があるため微小試験片試験技術(SSTT)の確立が必要となる。そこで、大洗ホットラボでは、遠隔操作型スモールパンチ(SP)試験装置を開発し、照射済フェライト鋼試験片のSP試験を行った。本報では、照射後SP試験方法、装置概略及び試験結果について述べる。SP試験片は、10mm角で長さ0.25mmの平板型、及び直径3mmで厚さ0.25mmのTEMディスク型である。また試験は、真空又は不活性ガス中で93K~1123Kの範囲で実施できる。フェライト鋼の試験の結果、SP試験で求めた中性子照射に伴う延性ぜい性遷移温度の変化量は、シャルピー衝撃試験で求めた遷移温度の変化量に良く一致した。

論文

赤外線サーモグラフィによる材料内部欠陥の検出とその数値シミュレーション

石井 敏満; 星屋 泰二; 大岡 紀一; 稲垣 照美*; 中谷 隆彦*

日本非破壊検査協会平成12年度秋季大会講演概要集, p.105 - 108, 2000/11

材料や構造物の非破壊検査手法として赤外線サーモグラフィの利用が注目されているが、その適用性や欠陥検出限界に関する研究は進んでいない。本研究では、内部欠陥を有する試験片を裏面より非定常加熱する欠陥検出実験及びその数値シミュレーションを行い、以下の知見を得た。(1)熱拡散部が母材に比べて小さい欠陥を有する試験片の表面では、加熱時間が経過するとともに欠陥上部の温度がその周辺部に比べて低温となる。(2)内部欠陥を有するアクリル試験片に関するシミュレーションで得られた表面温度分布は、実験で得られた温度分布に対応する。(3)欠陥部と表面との肉厚が薄いほど欠陥イメージが明瞭である。(4)同じ欠陥に対しては、熱拡散率が小さい母材ほど欠陥イメージが明瞭となる。

報告書

JMTRホットラボにおける遠隔操作による溶接技術の開発

清水 道雄; 岩松 重美; 高田 文樹; 相沢 静男; 川又 一夫; 大島 邦男; 土谷 邦彦; 山浦 高幸; 松井 義典; 岩井 孝; et al.

JAERI-Tech 2000-029, p.48 - 0, 2000/03

JAERI-Tech-2000-029.pdf:9.26MB

JMTRホットラボでは、(1)照射済燃料棒にFPガス圧力計・中心温度測定用熱電対を溶接し計装する再計装技術、(2)照射済材料の溶接及び試験片加工技術、(3)$$^{60}$$Co密封線源製作及び(4)照射施設で照射済の材料試料をキャプセルに封入して再度照射を行うためのリキャプセル作業等のカップリング照射技術に必要となる種々の溶接に関する技術開発を行った。これらの開発は、照射後試験に関連する周辺技術として極めて重要である。本報告では、おもに、照射済燃料への再計装技術の開発、照射済材料の溶接及び試験片加工技術の開発、$$^{60}$$Co密封線源製作技術の開発、リキャプセル作業等の周溶接及び封孔溶接技術の開発において実施したセル内溶接技術の詳細について整理した。

論文

赤外線サーモグラフィによる材料表面きずの非破壊検出に関する研究

石井 敏満; 岡本 芳三*; 大岡 紀一; 衛藤 基邦; 星屋 泰二

非破壊検査, 48(10), p.682 - 687,640, 1999/10

赤外線サーモグラフィを利用した非破壊試験法は、材料表面のきず検出において有効なリモートセンシング手法として適用されている。しかしながら、計測で得られた熱画像データから表面きずを識別する場合には、試験片表面及びその周囲を構成する面の放射温度、さらに試験片と周囲空間との温度差が重要な制約因子となることから、これらの因子をあらかじめ評価することが重要である。本研究では、定常加熱した原子炉級黒鉛材料の放射温度を周囲面温度一定の条件下で計測し、材料の放射率、射度係数、及び放射温度のばらつき等の熱放射に関する特性値を求めた。さらに、試験片とその周囲空間の温度差が円柱状表面きずの検出限界におよぼす影響について、きずを有する黒鉛試験片の熱画像データをもとに評価した。その結果、試験片と周囲空間の温度差を大きくすることによって、より小さなきずの映像が熱画像上で鮮明になることがわかった。

論文

Newly developed non-destructive testing method for evaluation of irradiation brittleness of structural materials using ultrasonic

石井 敏満; 大岡 紀一; 加藤 佳明; 齋藤 順市; 星屋 泰二; 芝田 三郎*; 小林 英男*

JAERI-Conf 99-009, p.163 - 172, 1999/09

原子力プラントの寿命延伸に伴う監視試験片数量の減少により、圧力容器鋼などの中性子照射脆化量を合理的に評価する新手法の確立が必要となる。本研究では、超音波を利用した非破壊試験手法を構造材料の照射脆化量の評価に適用するため、中性子照射したA533B1鋼や溶接金属に入射した超音波の音速及び減衰率の評価を行い、これらの超音波伝播特性と41Jシャルピー遷移温度の移行量との関係を明らかにした。その結果、遷移温度の移行量が増大すると超音波の音速が減少し、一方、減衰率が増加する傾向が認められた。特に、超音波横波音速の変化と遷移温度の移行量との間には良い相関があることがわかり、照射脆化量を非破壊的に評価する手法としての超音波法の有効性を明らかにした。

論文

Properties of precipitation hardened steel irradiated at 323K in the Japan Materials Testing Reactor

新見 素二; 松井 義典; 實川 資朗; 星屋 泰二; 塚田 隆; 近江 正男; 三村 英明; 大岡 紀一; 秀 耕一郎*

Journal of Nuclear Materials, 271-272, p.92 - 96, 1999/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:36.04(Materials Science, Multidisciplinary)

析出硬化型630ステンレス鋼の引張試験片、破壊靱性試験片及びシャルピー衝撃試験片をJMTRにおいて冷却水温度である325Kにて照射した。速中性子の照射量は最高で1.2$$times$$10$$^{26}$$m$$^{-2}$$(E$$>$$1MeV)である。試験温度は引張及び破壊靱性試験を293Kで、シャルピー衝撃試験は273~450Kの範囲で行った。引張強さは速中性子照射量7$$times$$10$$^{24}$$m$$^{-2}$$付近で1600MPaのピークを示し、それ以降は、1500MPa(1.2$$times$$10$$^{26}$$m-2)付近まで照射量とともに徐々に低下した。伸びは未照射材で12%程度、7$$times$$10$$^{24}$$m$$^{-2}$$までの照射で7%に低下した。破面観察結果は破壊が延性的であったことを示した。破壊靱性値は照射によって未照射材の約半分に低下した。破壊靱性試験片では、へき開破面が支配的であった。シャルピー衝撃試験によるDBTTは照射によって60K上昇した。

論文

浸透探傷試験

大岡 紀一; 石井 敏満

軽金属溶接, 37(1), p.17 - 24, 1999/00

本稿は、浸透探傷試験に関する各種試験法の特徴や開発動向及び国内外の規格について紹介するものである。この探傷試験技術は、試料表面の微細な開口きずを視覚化するものであり、試験手法は、目視観察、浸透液の除去及び浸透液の現像の方法によって分類される。最近の技術開発では、検出精度及び作業効率の向上を目指した探傷剤の開発、及び微細きずを識別するための画像処理技術の適用が検討されている。今後は、画像処理技術の導入、探傷剤の更なる改良など、適用範囲の拡大、作業の更なる高効率化及びきず検出の高精度化を目指した浸透探傷試験技術の開発が進められることに期待したい。

論文

Nondestructive evaluation for characterizing neutron irradiation embrittlement of materials by using ultrasonic technique

石井 敏満; 大岡 紀一; 小林 英男*

Proc. of 2nd Japan-US Symp. on Advances in NDT, p.151 - 156, 1999/00

原子炉圧力容器鋼の経年的な中性子照射脆化量を評価するために炉内に装荷した監視試験片数量の減少が懸念され、監視試験を補う合理的な非破壊試験手法の確立が急務となっている。本報告では、A533B1鋼等の炉内構造材料の照射及び未照射試料に入射した超音波の伝播時間や底面エコー高さを測定した結果をもとにその音速及び減衰率の変化を評価した。照射脆化した材料では、超音波の音速が減少し、一方、減衰率が増加する傾向が認められた。さらに、超音波の横波音速変化と41Jシャルピー遷移温度の移行量との間に良い相関が認められたことから、超音波法が照射脆化量を非破壊的に評価する手法として有効であることを明らかにした。このほか、超音波の伝播時間やエコー高さなどの特性値をホットセル内で、容易かつ高精度に測定するために開発した遠隔操作用の超音波探触子固定治具の概要について紹介した。

論文

Nondestructive evaluation for characterizing neutron irradiation embrittlement of nuclear materials by ultrasonics

石井 敏満; 大岡 紀一

Proc. of Joint EC-IAEA Specialists Meeting on NDT Methods for Monitoring Degradation, p.167 - 176, 1999/00

原子力発電プラントの寿命延伸に伴い、監視試験片が減少することが考えられるため、圧力容器や炉心構造の材料の中性子照射ぜい化量を合理的に評価するための新たな手法の確立が必要となる。本研究では、材料の照射ぜい化量の評価に超音波法を用いた非破壊手法を適用するために、中性子照射したA533B1鋼や溶接金属について、音速及び減衰率の測定を行い、これらの超音波特性と41Jシャルピー遷移温度のシフト量との関係を評価した。その結果、遷移温度のシフト量が増大すると超音波音速が減少し、一方、遷移温度のシフト量の増大に伴う減衰率が増大する傾向が認められた。特に超音波横波音速の変化と遷移温度のシフト量との間には、良い相関があることがわかり、照射ぜい化量の非破壊的評価法としての超音波法の有効性が明らかとなった。

論文

Replacement of pressure surge tank and vent valves in JMTR

石井 敏満; 大岡 紀一; 齋藤 順市; 小林 俊一; 高橋 邦裕; 塚田 隆; 岩井 孝; 黒沢 義昭; 星屋 泰二; 辻 宏和

Proceedings of International Symposium on Case Histories on Integrity and Failures in Industry (CHIFI), p.227 - 236, 1999/00

本報では、JMTR一次冷却設備主循環系統で発生した機器の損傷事例、その原因調査及び復旧作業について述べる。第一の事例は、1996年の定期自主検査時に、圧力サージタンクで発見された微小な応力腐食割れである。割れは、非破壊試験によりタンク胴体とマンホール管を接合した補強板で検出された。応力腐食割れ発生の原因は、胴体と補強板との隙間に塩素分が濃縮された水溶液が存在したためである。タンクの交換と使用前検査は1997年7月までに終了した。第二の事例は、主循環系主熱交換器出口配管に接続されるベント弁で発見された一次冷却水の微小漏洩である。漏洩は、弁の溶接熱影響部に発生した粒界割れが弁本体外側に達したために生じた。調査の結果、割れは弁の本体と蓋の合わせ面に開口した鋳巣を起点に発生し、溶接の熱影響部の結晶粒界及び鋳巣に沿って腐食が進行していた。復旧と対策として、主循環系統の同型弁の交換を実施した。

論文

赤外線サーモグラフィによる材料表面欠陥の検出に関する研究

石井 敏満; 岡本 芳三*; 衛藤 基邦; 大岡 紀一; 星屋 泰二

第2回サーモグラフィによる非破壊評価技術シンポジウム講演論文集, p.85 - 91, 1998/00

赤外線サーモグラフィを用いて、材料や構造物の表面きずを遠隔かつ非接触で非破壊的に検出する手法が注目されている。この手法では、試験対象物とその周囲空間の温度に差を与えた場合に、空洞放射効果によりきず部に生じる放射温度上昇を検出してきずを識別する。しかしながら、放射温度や放射率等の熱放射に関連した特性値は材料等の表面状態に起因して変化するため予め評価することが重要となる。本研究では、表面粗さの異なる原子炉用黒鉛IG-110とPGXについて上述の特性値の評価を行い、特に、表面の粗い黒鉛ほど材料表面の放射温度のばらつきが大きくなり、このばらつきがきず識別に影響を及ぼすことが分かった。また、上記黒鉛試料に加工した各種寸法のきずの検出試験を行い、きずの直径が大きいほど、そして深い傷ほど、識別に必要となる試験片とその周囲空間との温度差を大きくする必要があることが分かった。

論文

Electrical properties of neutron-irradiated oxygen potential sensors using stabilized zirconia solid electrolyte

日浦 寛雄*; 遠藤 泰一; 山浦 高幸; 星屋 泰二; 新見 素二; 齋藤 順市; 相沢 静男; 大岡 紀一; 小檜山 守*

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.2041 - 2045, 1998/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:50.34(Materials Science, Multidisciplinary)

MgO,CaO,Y$$_{2}$$O$$_{3}$$で各々安定化したジルコニア固体電解質(MSZ,CSZ,YSZ)を用いた酸素センサをJMTRで中性子照射し、照射下及び照射後測定においてその起電力特性等について評価した。その結果、照射下では、YSZ試料の起電力は、1$$times$$10$$^{23}$$m$$^{-2}$$の中性子照射量(E$$>$$1MeV)までの範囲で、照射量とともに低下した。9$$times$$10$$^{21}$$m$$^{-2}$$の中性子照射量(E$$>$$1MeV)まで照射したMSZ試料の起電力は理論値とほぼ同じ値を示した。また、照射後のMSZ,CSZ,YSZ試料の起電力は理論値より低い値を示すが、CSZ試料はMSZ,YSZ試料に比べ起電力の低下が少ないことが判明した。

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