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喜多村 茜; 八巻 徹也*; 百合 庸介*; 越川 博*; 澤田 真一*; 湯山 貴裕*
no journal, ,
本研究では、イオン飛跡を飛跡の形成と同時に酸化させるというアイディアを基に、酸素中でイオンビーム照射を行う技術を開発し、穿孔形成挙動を検討した。酸素雰囲気下に設置した厚さ25
mのポリフッ化ビニリデン(PVDF)に対し、高崎量子応用研究所TIARAのサイクロトロンに設置された大面積均一重イオンビーム形成・照射装置を用いて、520MeVのArビームを照射した。Arビームはビーム移送中にエネルギーが低下し、PVDF膜に達した際に330MeVとなる。従来手法である真空中での330MeV Arビーム照射も行い、孔径と官能基の変化を比較した。結果として、孔径については、酸素中照射の方が、エッチング開始から32時間までの初期過程で穿孔拡大速度が加速し、従来の真空照射では得られない直径500m以上の大きいサイズの孔径を作製できることがわかった。また官能基については、酸素中照射した膜において、酸素含有官能基の生成が優位に検出された。いずれも、イオントラック内部の酸化が起因し、酸素中で照射したことによって、分子鎖が切れて生成した活性種を消滅前に酸素と反応させることができた結果である。酸素中照射により積極的に飛跡内へ親水性官能基を導入することで、エッチング処理時に飛跡内への溶液の浸透が促進され、強酸化剤を添加することなく、効率的に穿孔が形成できることを示した。
鈴木 陽大*; 大沼 正人*; 丹野 敬嗣; 岡 弘
no journal, ,
熱処理やN濃度の異なる酸化物分散強化型(ODS)鋼についてX線小角散乱(SAXS)法を用いて測定し、酸化物粒子の平均粒径と数密度の定量化を行なった。その結果、9Cr-ODS鋼については、標準の組成(
0.01wt%N)に対してN濃度が増加すると酸化物粒子が粗大化し、これによって硬さが低下していることが分かった。また、12Cr-ODS鋼については、熱処理温度1200
1300
Cの間で生じる硬さの変化が、酸化物分散状態の変化と対応していることが分かった。さらに、中性子小角散乱(SANS)法を組み合わせることで酸化物粒子の組成を推定した。
金野 杏彩; 山下 真一郎; 熊田 高之; 大場 洋次郎; 元川 竜平; 諸岡 聡; 鵜飼 重治*; 橋本 直幸*; 大野 直子*; 菖蒲 敬久; et al.
no journal, ,
二相ステンレス鋼は、オーステナイト相とフェライト相で構成され、靱性, 強度特性, 溶接性, 耐腐食性等に優れるため、化学工業プラントの熱交換器材料や加圧水型軽水炉(PWR)の配管材料等として用いられている。過去の本材料に関する研究から、300度以上の高温で長期間熱時効すると、フェライト相側でCrリッチ相とFeリッチ相に分解し、結果として脆化を引き起こすことが知られている。以上のことから、本研究では、特定の元素(本研究ではCrを対称元素に選定)の吸収端を利用した「元素選択型」の分析が可能な異常X線小角散乱(ASAXS)法に着目し、二相ステンレス鋼の脆化の直接の原因となっている、Crの相分離を定量的に評価するとともに、非破壊による微細構造の定量評価手法としての有用性を検討することを目的とした。
スケールにおける酸素供給が絶たれた際の減肉挙動中島 正太郎*; 松浦 傑*; 南口 誠*; 倉田 正輝; Pham, V. H.
no journal, ,
沸騰型軽水炉(BWR)では、核燃料ペレット(UO)をZr合金(Zry)製被覆管で構成した燃料棒および炭化ホウ素(B
C)製中性子吸収材料をステンレス鋼(SS)製管で構成された制御棒が隣接して格納されている。全電力喪失時においては、冷却水の供給停止によって核燃料が冷却されず、核燃料の温度が上昇し続けると、冷却水が蒸発して反応炉内が高温水蒸気環境となり、Zry中のZrと反応し燃料棒表面にZrOスケールを形成するとされている。また、制御棒を構成しているSSおよびBCが共晶反応を起こし、液相が形成される。この液相が燃料被覆管と接触することで燃料被覆管が腐食され、核燃料の暴露に繋がったと考えられている。しかしながら、燃料棒表面に形成されたZrOスケールと液相の腐食プロセスの理解は十分にはされていないのが現状である。そこで本研究では、Ar雰囲気気流下においてZrOスケールを形成したZry板に熱処理を加えることで、液相化したSS-BCに接触して水蒸気の供給が遮断された状況を熱力学的に模擬した実験を行い、シビアアクシデント時の腐食プロセスの解明を行った。
諸岡 聡; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 中田 伸生*; 塚田 祐貴*
no journal, ,
パーライト組織を含有する鋼は、熱処理等でラメラ間隔を変化させることで、強度-延性バランスを制御することができるため、鉄道レール、橋梁用鋼線、スチールコードなどの構造金属材料として利用されている。中田らは、パーライト組織の不均一性がパーライト変態中に形成される内部(変態)応力に起因していると考えており、種々のパーライト鋼において、ミクロ組織の不均一性がもたらす力学特性の変化と内部応力の関係について報告している。しかしながら、室温における内部応力は、変態応力と熱応力が重畳した値となるため、変態応力のみの評価方法が必要である。本研究は、中性子回折法による熱処理制御中その場測定を用いて、パーライト変態中に形成される変態応力の実測を目的とする。その結果、わずか40秒間しか存在しないパーライト変態中のフェライトおよびオーステナイトの格子定数変化を観測することに成功し、パーライト変態の進行に伴い、フェライトの格子定数は減少し、オーステナイトの格子定数は増加することを明らかにした。この要因は、フェライト変態した際の体積膨張による静水圧応力の発生とその反力であると理解できる。したがって、このようなフェライトとオーステナイト間における弾性ひずみの不整合は、パーライト変態時の内部応力の起源になると予想される。
山口 正剛; 海老原 健一; 鈴土 知明; 板倉 充洋
no journal, ,
加速器駆動未臨界炉(Accelerator-Driven Subcritical Reactor, ADS炉)のターゲット窓材(T91鋼)における液体金属脆化メカニズム解明のため、液体金属元素の鉄表面, 格子中, 粒界中におけるエネルギー的安定性を第一原理計算により調べた。その結果、鉛ビスマスなどの液体金属元素は鉄表面を安定化する効果を持つこと、格子と粒界における安定性は強く関連していることが分かった。さらに過去の実験との比較の結果、格子と粒界において強く不安定あるいは強く安定である元素は脆化を起こさず、その中間的な安定性を示す元素が脆化を起こす傾向があることが分かった。
都留 智仁; 鈴土 知明; 譯田 真人*; 尾方 成信*
no journal, ,
BCC金属における転位運動の合金元素の影響としてW合金を例に考え、第一原理計算を用いてWの核変換生成物としてReやOs元素の照射欠陥挙動への影響を評価する。転位運動への影響に対してオロワンモデルに基づく転位運動の基礎理論を適用し、希薄合金に対する温度や不純物濃度に対する降伏応力への影響を評価した。ハイエントロピー合金ではこのような希薄合金の取扱いはできないため、Special Quasi-Random Structureによる転位芯構造を構築し、機械特性の評価方法を検討する。
金田 智寛*; 横山 賢一*; 石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁
no journal, ,
使用済核燃料再処理施設では、異種金属の機器を接続するためステンレス/タンタル(Ta)/ジルコニウム(Zr)の異材接合継ぎ手が使われている。これらの材料の内、Taは水素を吸収することで機械的特性が変化することが知られている。一方で、Ta中の水素の存在状態の検討に必要な放出挙動を検討した例は少ない。そこで本研究では、表面皮膜の生成状況によるTaの水素放出挙動を明らかにすることを目的とし、0.9%NaC中で水素チャージを行ったTaについて、空気、アルゴンおよび超高真空中での水素放出挙動を検討した。その結果、空気中では600C、アルゴン中では400C、超高真空中では300Cから水素の放出が開始した。大気中で測定した後の試料表面は白色のTa酸化物に覆われており、これを研磨除去後アルゴン中で水素放出挙動を評価した結果500Cから水素表出がみられた。以上の結果は、Ta表面に生成した酸化皮膜は水素放出を抑制するため、Ta中の水素の存在状態と熱時効との関係を考察する場合、この影響を考慮し検討する必要があることを示すものである。
MgとLPSOの2相組織合金の変形機構の観察Gong, W.*; Harjo, S.; 相澤 一也; 川崎 卓郎
no journal, ,
長周期積層(LPSO)相とMg相の二相組織を有するMg
Zn
Y合金の押出強化機構を検討した。圧縮変形中その場中性子回折を用いて、鋳造後及び押出後のMgZnY合金における一軸圧縮中のLPSOおよびMg相の異方性変形挙動を調べた。降伏応力は押し出しによって約2倍向上した。Mg相の格子ひずみから相応力を求めて、負荷応力とのバランスによりLPSO相応力を推定したところ、通常軟質の振舞いをしているLPSO相の方位は押し出しによって硬質振舞いをしている。
板倉 充洋; 沖田 泰良*
no journal, ,
金属材料は析出物や格子欠陥により転位の運動が阻害され硬化する。特に原子炉材料では中性子照射による格子欠陥の生成と成長によりボイド, 析出物クラスタなど様々な欠陥が生成し硬化に寄与する。こうした寄与を定量評価するために線形弾性理論を用いた評価式が提唱され、特定の状況においては分子動力学計算の結果をよく再現することが知られている。しかし原子論的なモデリングによる補完が必要となる場合もある。例えばFCC金属では転位線が二本の部分転位に分裂するため、この分裂幅とボイドの直径の比によって部分転位が独立にボイドから抜けていく場合と一本の転位として同時に抜けていく場合があり、CRSSが異なる。またBCC金属では螺旋転位がパイエルス障壁のため直線状となり、ピン止めを脱する過程はこの螺旋転位の熱活性化過程による移動に支配されるため単純な応力のつり合い条件でCRSSを評価することはできない。本発表では分子動力学計算を用いてこれらピン止めのCRSS臨界を評価した結果を発表する。