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大久保 成彰; 藤村 由希; 友部 政勝*
Quantum Beam Science (Internet), 5(3), p.27_1 - 27_9, 2021/09
加速器駆動システム(ADS)において、核破砕ターゲットの隔壁であるビーム窓の材料は、過酷な条件下で重照射に晒される。ビーム窓材では、鉛ビスマス流れ環境下で高エネルギー中性子、あるいは陽子線照射により、弾き出し損傷と腐食とが同時に起こる。ADSで用いられる材料には、液体鉛ビスマス合金(LBE)内での液体金属脆化(LME)や液体金属腐食(LMC)に耐えるための共存性が必要である。本研究では、自己イオン照射した316Lに対して、照射後LBE中腐食試験によりLMC挙動を調べた。316L試料に対して、10.5MeVまで加速した鉄イオンを、450
Cにて最大50dpaまで照射を行った。低酸素濃度のLBE中、450Cで腐食試験を行った結果、未照射部では、酸化皮膜は観察されずに局所腐食が見られた一方で、照射部は鉄/クロム系の酸化皮膜で覆われていた。また、高い酸素濃度のLBEの場合、未照射部は、鉄/クロム系酸化物の1層であった一方で、照射部は鉄酸化物と鉄/クロム系酸化物の2層酸化皮膜で覆われていた。316Lにおいて、自己イオン照射による残存空孔等の照射損傷が試料表面での鉄と酸素の拡散が促進されたことにより、酸化層の形成が促進したと考えられる。
大久保 成彰; 友部 政勝*; 石川 法人
no journal, ,
原子力分野で使用されるセラミックス機能材料に関して、高エネルギー重イオンを高線量まで照射し、表面の損傷形態を調べた。鉄鋼材料は水等の冷却材環境で長期間使用されると、表面が酸化する。そこで、原子力機構のタンデム加速器により、鉄の表面酸化物の一つであるFe
O
に、鉄イオンを高線量まで照射し、表面及び微細組織への照射影響を調べた。その結果、照射された表面は、波紋(リップル)とセル構造を呈した。照射イオンがほぼ貫通する試料厚さの場合、照射面と裏面の両面に波紋構造が観察された。また、量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所のTIARA施設にて、約1/10のエネルギーにてNiイオンをCeOに照射した場合、表面のみにリップルとセル構造が観察され、これら表面形態は、照射角度や照射線量によって変化した。通常のスパッタリングは、keV程度の照射によって弾性衝突的に引き起こされ、表面形態はマクロには滑らかである。しかし、本研究でのリップル等はSEMレベルで観察され、高エネルギーの電子的エネルギー付与が、激しい表面スパッタリングを引き起こしたことを示す。また、断面TEM観察により、電子的エネルギー付与の高い表面では非晶質化が生じていることが鉄酸化物で初めて明らかになった。
大久保 成彰; 友部 政勝*; 斎藤 滋; 大林 寛生
no journal, ,
日本原子力研究開発機構(JAEA)では、長寿命放射性廃棄物の減容や有害度低減に有効な技術である加速器駆動システム(ADS)の研究開発を進めている。ADSは大型の陽子線加速器と未臨界高速炉からなり、システムの成立性を左右する重要な機器の一つに、炉心冷却部と加速器側の高真空を隔てるターゲット窓がある。これらの候補材であるT91鋼や316L鋼に対し、400
550Cの鉛ビスマス共晶合金(LBE)流動環境下での腐食挙動データは、ADSおよびJ-PARCで検討中の陽子照射施設の寿命評価や設計指針の策定に不可欠である。JAEAは、材料表面の酸化等の劣化挙動を左右する酸素濃度を制御可能な高温腐食試験ループ"OLLOCHI"の運転を2022年に開始した。OLLOCHIは高温部550C、低温部450Cまで対応し、ADS設計条件に対応する試験が可能である。今まで、2,000時間以上の特性試験により、同ループが設計通りの性能を示すことが確認された。本発表では装置の概要や今までの試験で得られた材料表面の腐食挙動について、特に耐腐食性向上を狙ったSi添加材が優れた特性を示した結果に関しても報告する。
吉田 アリン*; 大久保 成彰; 友部 政勝*
no journal, ,
The Accelerator Driven System (ADS), a promising technology for the transmutation of long-lived radioactive waste, requires durable materials for its beam window, which faces simultaneous high energy neutron and proton irradiations and exposure to lead-bismuth eutectic. Because irradiation damage and corrosion occur together, understanding their interaction is necessary for ensuring ADS reliability. This study aims to investigate how irradiation affects corrosion behavior in T91 and 316L steels from a microstructural perspective. Ion irradiation at various doses and temperatures was used to simulate radiation damage, followed by nanoindentation and corrosion testing in oxygen-controlled LBE. Results show that irradiation temperature, dose, and helium strongly affect hardening and defect formation, while these defects accelerate corrosion by enhancing diffusion and creating additional pathways.
大久保 成彰; 友部 政勝*; 吉田 アリン*
no journal, ,
本研究は、加速器駆動システム(ADS)におけるビーム窓材に関して、高温(約450-550C)の鉛ビスマス共晶合金(LBE)中での照射下酸化膜形成挙動を評価した。T91鋼および316L鋼に対し、TIARA加速器を用いたFeイオンおよびFe-H-He三重イオン照射を行い、最大20dpaの損傷を与えた。照射後、酸素濃度を制御したLBE中での静的浸漬試験および流動ループ試験により腐食挙動を調べ、酸化膜をSEM・EDSで解析した。その結果、316Lでは長時間のループ試験後も照射により酸化膜形成が促進された。一方T91では、低酸素条件下でのみ照射量に依存した酸化膜形成促進効果が認められた。これらは照射欠陥による拡散促進に起因し、低酸素濃度時でも酸化膜維持の可能性を示唆する。
大久保 成彰; 友部 政勝*
no journal, ,
加速器駆動核変換システム(ADS)では、鉛ビスマス液体金属を冷却材とし、使用される材料の照射および腐食に対する健全性評価が重要である。本研究では、ADSの環境に近い条件でT91鋼と316L鋼にトリプルイオン照射を行い、照射後に酸素濃度を制御した鉛ビスマス中で浸漬試験を実施した。照射温度は450C、浸漬時間は約400時間とし、酸化膜の厚さと組成を分析した。その結果、316L鋼では飽和酸素環境下で照射により酸化が促進されたが、照射量依存性は小さかった。一方、T91鋼では低酸素濃度下でのみ照射量に応じた酸化膜の厚さ増加が見られ、照射により酸素拡散が促進されることが示唆された。このことから、ADS運転中に酸素制御に不具合が生じても、材料表面に一定の酸化膜が形成される可能性があり、照射が酸化挙動に与える影響を把握する上で重要な知見が得られた。
