Revisiting hydrogen trapping in Mg(Al, Zn) Approximant crystal; Influence of chemical disorder

清水 一行*; 山口 正剛; 赤丸 悟士*; 西村 克彦*; 阿部 李音*; 佐々木 泰祐*; Wang, Y.*; 戸田 裕之*

Scripta Materialia, 265, p.116730_1 - 116730_7, 2025/08

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.116730

The approximant crystal Mg(Al, Zn) (T-phase in Al-Zn-Mg alloys) holds the potential for enhancing both strength and hydrogen embrittlement resistance in aluminum alloys when present as nano-precipitates. Our previous computational exploration indicated strong hydrogen trapping but neglected the inherent chemical disorder of this approximant crystal. This study revisits hydrogen trapping in Mg(Al, Zn), directly including chemical disorder via special quasirandom structures. Density functional theory calculations reveal that, while chemical disorder introduces variations in trapping energies, the overall trend of strong trapping persists. Tetrahedral sites coordinated by Mg atoms exhibit particularly strong trapping, with smaller tetrahedral volumes correlating with stronger trapping due to enhanced Mg-H interactions. Multiple hydrogen occupation of these sites is also calculated, resulting in high hydrogen densities. Experimental validation using thermal desorption spectroscopy on a bulk Mg(Al, Zn) sample confirms hydrogen trapping, reinforcing the potential of this phase for designing advanced, hydrogen-resistant aluminum alloys.

Identification of hydrogen trapping in aluminum alloys muon spin relaxation method and first-principles calculations

都留 智仁; 西村 克彦*; 松田 健二*; 布村 紀男*; 並木 孝洋*; Lee, S.*; 髭本 亘; 松崎 禎市郎*; 山口 正剛; 海老原 健一; et al.

Metallurgical and Materials Transactions A, 54(6), p.2374 - 2383, 2023/06

https://doi.org/10.1007/s11661-023-07024-w

高強度Al合金の水素脆化感受性は、Al合金の実用化において重要な課題として認識されているが、水素のトラップまたは分布の特定は困難であった。本研究では、実験とシミュレーションに基づいた効果的なアプローチにより、Al合金中の潜在的なトラップサイトを探索することを提案する。Al-0.5%Mg, Al-0.2%Cu, Al-0.15%Ti, Al-0.011%Ti, Al-0.28%V, Al-0.015%V (at.%)に対して、5から300Kの温度範囲でゼロフィールドミュオンスピン緩和実験が行われた。双極子場の幅の温度変化から、Al-0.5%Mgに3つのピーク、Al-0.2%Cuに4つのピーク、Al-0.011%TiとAl-0.015%Vに3つのピークがあることが明らかにされた。観測されたピークに対応するミュオントラップサイトの原子配置は、溶質及び溶質-空孔ペア周りの水素のトラップエネルギーに対する第一原理計算を用いてよく同定された。ミュオンピーク温度とトラップエネルギーの間に線形関係が抽出されたことにより、Al合金において水素と強い結合エネルギーを持つ合金元素とその複合体の可能性を探ることができる。

東海再処理施設の廃止措置におけるプロジェクトマネジメントの取り組み

田口 茂郎; 田口 克也; 牧野 理沙; 山中 淳至; 鈴木 一之; 高野 雅人; 越野 克彦; 石田 倫彦; 中野 貴文; 山口 俊哉

日本保全学会第17回学術講演会要旨集, p.499 - 502, 2021/07

東海再処理施設は2018年に廃止措置段階に移行した。廃止措置を着実に進めるため、東海再処理施設はプロジェクトマネジメント機能の強化に取り組んでいる。本稿では、将来の本格的な廃止措置への移行に向けて、東海再処理施設が現在取り組んでいる、プロジェクト管理ツールの活用検討及び機器解体計画の具体化方法について報告する。

An Unreported precipitate orientation relationship in Al-Zn-Mg based alloys

Bendo, A.*; 松田 健二*; Lervik, A.*; 都留 智仁; 西村 克彦*; 布村 紀男*; Holmestad, R.*; Marioara, C. D.*; 清水 一行*; 戸田 裕之*; et al.

Materials Characterization, 158, p.109958_1 - 109958_7, 2019/12

https://doi.org/10.1016/j.matchar.2019.109958

アルミニウム(Al)合金中のMgZn析出物の観察を、電子線回折, 明視野透過型電子顕微鏡、及び、原子スケール走査透過型電子顕微鏡イメージングの組合せを用いて行った。その結果、-MgZn析出物相とAl格子との間に、未だ報告されていない方位関係の存在を明らかにした。その界面の原子モデルを作成し第一原理計算による構造緩和計算を行ったところ、最も不整合な方位において観察されるステップ状の構造をよく説明できる計算結果が得られた。

Characterisation of structural similarities of precipitates in Mg-Zn and Al-Zn-Mg alloys systems

Bendo, A.*; 前田 朋克*; 松田 健二*; Lervik, A.*; Holmestad, R.*; Marioara, C. D.*; 西村 克彦*; 布村 紀男*; 戸田 裕之*; 山口 正剛; et al.

Philosophical Magazine, 99(21), p.2619 - 2635, 2019/07

https://doi.org/10.1080/14786435.2019.1637032

High angle annular dark field scanning transmission electron microscopy has been employed to observe precipitate structures in Al-Zn-Mg and Mg-Zn alloys. precipitate structures in Al-Zn-Mg are commonly formed by MgZn Penrose bricks, but also frequently observed to incorporate MgZn elongated hexagons via two different modes. Tilings of MgZn and MgZn building blocks in both in Mg-Zn and in Al-Zn-Mg alloys, create overall patterns which deviate from the chemical and structural configuration of solely monoclinic MgZn or MgZn unit cells. Precipitate morphologies were found to be correlated to their internal sub-unit cell arrangements, especially to MgZn elongated hexagons.

水素分配制御によるアルミニウム合金の力学特性最適化

戸田 裕之*; 山口 正剛; 松田 健二*; 清水 一行*; 平山 恭介*; Su, H.*; 藤原 比呂*; 海老原 健一; 板倉 充洋; 都留 智仁; et al.

鉄と鋼, 105(2), p.240 - 253, 2019/02

https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2018-083

本レビューでは、高強度アルミニウム合金の水素脆化に関する研究活動、特に様々なトラップサイトでの水素トラップとそれによる水素脆化への影響に焦点を当てて報告する。高亜鉛濃度Al-Zn-Mg合金において、高分解能TEM法による析出物のナノ構造及び界面構造の分析や、高分解能X線マイクロトモグラフィー技術による詳細な破壊マイクロメカニズムとマイクロ構造-破壊特性関係の調査がなされ、さらに、ごく最近実現された超高分解能X線顕微鏡により特徴的な局部的変形、亀裂の発生・成長が観察されている。また、第一原理シミュレーションによる数々の水素トラップサイトのトラップエネルギー導出を元に、変形・破壊中の水素再分配が解析された。水素の再分配と3つの異なるミクロ機構による水素脆化との間の関係を論じ、水素脆化が起こるための現実的な条件を説明する。

サーベイメータ搭載遠隔操作無人海中探査機による貯水池汚泥の動態調査; 福島県内の水中土壌汚染実態計測フィールド試験(第2報)

石山 新太郎; 山口 克彦*

日本機械学会論文集,C, 79(799), p.718 - 725, 2013/03

https://doi.org/10.1299/kikaic.79.718

福島県下の調整池において試作した水中サーベイメータ及び高解像度TVモニター搭載型ROVの性能実証試験と調整池底汚泥の放射能汚染動態調査を実施した。その結果下記結果、(1)貯水池底には汚泥が比較的平坦に堆積しているが、主に雨水吐出口直下の調整池底表層において凸状堆積層があり、その表面における放射線量は最大3.35.24Sv/hであった。(2)ROV着底後汚泥を水中で強制撹拌するとサーベイメーター周りに撹拌により水中で巻きあがった汚泥微粒子(数数10m)がTVモニターで観察されるとともに、その際の同着底位置における放射線量が約1.6倍に上昇したことからFPが付着した沈降物は細かな浮遊粒子状として汚泥表面に堆積しているものがあることがわかった。(3)調整池の10m四方の調査分画域での汚染分布計測を行った結果、各調査点においてそれぞれ異なる数値を示し、池底表面での放射線量は0.753.5Sv/h程度と評価された。この複雑な放射線量の分布は調整池への雨水吐出口間での流れ込み後の合流沈降や拡散により影響を受けるものと考えられる。

Innovative alpha radioactivity monitor for clearance level inspection based on ionized air transport technology; CFD-simulated and experimental ion transport efficiencies for uranium-attached pipes

平田 洋介*; 中原 克彦*; 佐野 明*; 佐藤 光吉*; 青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 2(2), p.561 - 572, 2008/00

https://doi.org/10.1299/jpes.2.561

An innovative alpha radioactivity monitor for clearance level inspection has been developed. This apparatus measures an ion current resulting from air ionization by alpha particles. Ions generated in a measurement chamber of about 1 m in volume are transported by airflow to a sensor and measured. This paper presents computational estimation of the ion transport efficiencies for two pipes with different lengths, the inner surfaces of which were covered with a thin layer of uranium. These ion transport efficiencies were compared with those experimentally obtained for the purpose of validating our model. Good agreement was observed between transport efficiencies from simulations and those experimentally estimated. Dependence of the transport efficiencies on the region of uranium coverage was also examined, based on which such characteristics of ion currents as anticipated errors arising from unknown contaminated positions are also discussed to clarify the effective operation conditions of this monitor.

JRR-2の第2次出力上昇試験

神原 豊三; 宇野 英郎; 荘田 勝彦; 平田 穣; 庄司 務; 小早川 透; 高柳 弘; 藤村 勤; 森田 守人; 市原 正弘; et al.

JAERI 1045, 11 Pages, 1963/03

JAERI-1045.pdf:0.72MB

この報告書はJRR-2の第1次出力上昇試験後、設計出力10MWの出力上昇までの1つのステップとしての3MW,第2次出力上昇試験について記したものである。試験は昭和36年11月15日から開始され、11月29日に3MWに到達し、3MWでの連続運転を行って12月16日終了した。

空間線量率を用いた実効線量推定手法の高精度化

遠藤 佑哉; 山口 克彦*; 高瀬 つぎ子*; 植頭 康裕; 塚田 祥文*

no journal, , 

2011年の東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所事故を受け、環境省は、年間追加被ばく線量が20mSv/年未満である地域については、長期的な目標として追加被ばく線量が年間1mSv以下になることを目指すとの基本方針を示した。しかし、現在はこの年間追加被ばく線量の計算において、空気カーマ, 周辺線量当量及び実効線量が同一なものとして扱われていることが多い。また、環境中に放出されたCs及びCsは、その物理学的半減期が異なることから、空気カーマ及び周辺線量当量から実効線量への換算係数が時間経過とともに変化する。そこで、経時変化に対応したこれらの関係性から換算係数を求めるため、比較的一様に放射性セシウムが沈着したと考えられる帰還困難区域内にある農地を選定した。実環境での土壌中放射性セシウムからの放射線をモンテカルロ放射線輸送計算コードPHITSを用いて模擬し、本シミュレーションにより得られた計算結果と実測値を比較することで、空気カーマ, 周辺線量当量及び実効線量の関係性について検証する。