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矢野 康英; 丹野 敬嗣; 皆藤 威二; 大塚 智史; 大沼 正人*; 中島 英治*; 外山 健*
no journal, ,
酸化物分散強化型(ODS)鋼をナトリウム冷却高速炉(SFR)の燃料被覆管に適用することで、事故時を含む高温から超高温環境での燃料破損や冷却材の流路閉塞等のリスクを低減し、プラントの安全性向上をもたらすことが期待される。一方、ODS鋼被覆管を実用化するためには、通常時、異常過渡時だけでなく事故時を含む環境での強度特性を正確に把握することが不可欠である。本研究では、ODS鋼被覆管が超高温に晒された場合の機械的特性及び組織を系統的に明らかにして、事故に相当する超高温温度域でODS鋼被覆管の優れた強度が維持される温度-時間の限界マップを整備すること、ODS鋼のマルチスケール組織と強度特性の相関式整備に向けたデータを拡充することを目的として、ODS鋼被覆管の事故模擬超高温加熱試験及び強度試験を実施した。本研究は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、原子力機構が実施した令和元年度および2年度「次世代原子力システム用事故耐性被覆管の照射特性評価技術の開発」の成果の一部である。
岡 弘*; 橋本 直幸*; 丹野 敬嗣; 矢野 康英; 大塚 智史; 皆藤 威二
no journal, ,
フェライト/マルテンサイト組織を母相とする9Cr-ODS鋼において、含有窒素の濃度変動が微細組織及び高温クリープ強度に与える影響を調査した。その結果、窒素濃度増加とともに引張強さ及び高温クリープ強度が低下した微細組織解析の結果、窒素濃度増加によるY-Ti-O粒子の不均一分散化が高温クリープ強度低下の原因となった可能性がある。このY-Ti-O粒子の不均一分散化は、Ti窒化物の形成によるTiの消費により、Tiによる酸化物分散粒子の微細化効果が弱められた結果と推察される。
大塚 智史; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; 中島 英治*; 外山 健*; 矢野 康英; 橋立 竜太; 皆藤 威二
no journal, ,
燃料被覆管は、核分裂生成物の燃料ピン内への閉じ込め及び燃料集合体内の冷却材流路(冷却能力)の確保といった重要な安全機能を担う。優れた強度特性及び形状安定性を有するODS鋼被覆管をSFR燃料に適用することで、事故時超高温での燃料破損や過大な変形等を抑止し、燃料安全性の向上を達成することができる。一方、燃料被覆管は、高温で長期に渡り高線量の中性子照射に晒されることから、ODS鋼被覆管を実機に適用するためには、その照射性能を正確に把握し、燃料要素の炉内構造健全性評価の信頼性向上を図ることが重要な技術課題である。本件は、報告者らがこれまで明らかにしてきたODS鋼被覆管特有の組織と強度の相関性に着目し、その照射性能を合理的かつ効率的に評価するための新たな手法の開発に向けた研究開発を行うものである。
今川 裕也; 橋立 竜太; 鬼澤 高志; 加藤 章一; 大塚 智史; 大沼 正人*; 中島 英治*; 外山 健*
no journal, ,
次世代ナトリウム冷却高速炉では、熱的安定性に優れたナノサイズの酸化物粒子を均一分散することで高温
超高温での強度を高めた酸化物分散強化型(ODS)鋼を燃料被覆管材料として適用することで安全性の向上が期待されている。本報告では、ODS鋼の異常過渡時の高温から事故時の超高温を含む温度域での組織構造と機械的特性の相関を解明するための基礎データを取得するため、高温超高温での周方向クリープ試験及び評価を行った結果を報告する。
河 侑成; 下平 昌樹; 勝山 仁哉
no journal, ,
原子力圧力容器(RPV)の内表面クラッド下に生じる熱影響部(HAZ)は、溶接時の温度履歴の違いにより非均質な金属組織を呈する。照射硬化は、照射により生じる溶質原子クラスタ(クラスタ)と相関があることが知られているが、金属組織の違いがクラスタ生成・成長に係る素過程に及ぼす影響は明らかにされていない。そこで本研究では、金属組織の異なるRPV鋼のHAZや母材を対象に、クラスタ生成・成長に影響する照射損傷速度や弾き出し面積の異なるイオン照射と電子線照射を行った。その後、照射前後の試料に対してナノインデンター硬さ試験を行い、HAZの金属組織及び照射条件と硬さの関係を調べた。照射の有無,照射量や照射損傷速度によらず、細粒HAZは母材と粗粒HAZに比べて硬い結果となった。また、照射損傷速度が高い場合、同じ損傷量であっても、粗粒HAZ,細粒HAZ及び母材のいずれも照射損傷速度が低い場合に比べて硬さは低かった。
外山 健*; 丹野 敬嗣; 矢野 康英; 大塚 智史; 光原 昌寿*; 中島 英治*; 大沼 正人*
no journal, ,
酸化物分散強化型(ODS)鋼では、マトリックス中に高密度に分散する酸化物粒子が高温強度を担う。ODS鋼の組織と機械特性とを結びつけODS鋼の開発を進めるためには、酸化物粒子の組成・寸法・数密度を精度よく理解することが不可欠である。本研究では、三次元アトムプローブ(3D-AP)を用いて、9 Cr-ODS鋼被覆管中の酸化物粒子を分析した。なお、本研究は文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214482の助成を受けたものである。
光原 昌寿*; 栗野 晃一*; 中島 英治*; 矢野 康英; 大塚 智史; 大沼 正人*; 外山 健*
no journal, ,
酸化物分散強化型(ODS)フェライト系耐熱鋼の強度機構となっている微細酸化物粒子の分散状態を走査電子顕微鏡(SEM)と走査透過電子顕微鏡(STEM)を組み合わせて広域で精度良く評価する手法の開発を検討した。本研究は文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214482の助成を受けたものである。
山崎 仁*; 大沼 正人*; 大塚 智史; 丹野 敬嗣; 外山 健*; 光原 昌寿*; 中島 英治*
no journal, ,
酸化物分散強化型(ODS)鋼のナノ組織である酸化物分散粒子について、クリープ試験を経験した場合の安定性をX線小角散乱(SAXS)を用いて評価した。800
C以下のクリープ試験では、酸化物分散粒子のサイズは殆ど変化していなかった。800C以上ではサイズが大きくなる傾向を示すものの、1000Cでのクリープ試験後もナノサイズのY
TiO
酸化物粒子の存在が確認でき、ODS鋼中の分散粒子が高温クリープ試験下でも安定性に優れていることが明らかとなった。
林 優作*; 上田 光敏*; 河村 憲一*; 入澤 恵理子; 小松 篤史; 加藤 千明; 大久保 成彰
no journal, ,
高温の液体鉛ビスマスによる腐食からステンレス鋼を保護するためには、表面に保護性の酸化皮膜を形成させる必要がある。液体鉛ビスマス中の酸素濃度が低下し、保護性酸化皮膜がステンレス鋼表面から消失するような場合を想定し、金属酸化物の還元・酸化現象を利用した抵抗変化型センサを考案した。本報告では、作製したセンサの動作原理を実験的に確認すると共にその応答性を評価した。
都留 智仁; Lobzenko, I.; 弓削 是貴*; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*; 久保 百司*; 尾方 成信*
no journal, ,
ハイエントロピー合金(HEA)は、5元素またはそれ以上の成分が等原子分率で混合した結晶構造を持つ合金として定義される。HEAでは、特異な変形機構によって、強化の促進や強度と延性の両立などの優れた機能の創出が期待されている。とりわけ、BCC構造を持つHEAでは、概して高い強度を有する。しかし、組成によって延性が全く異なることがわかっており、その詳細な変形機構は明らかになっていない。本研究では、変形の素過程となる転位構造に着目し、第一原理計算によって、局所的な格子変位や短距離秩序(SRO)と転位構造の関係を検討する。
佐藤 裕樹*; 阿部 陽介; 大久保 賢二*; 谷岡 隆志*
no journal, ,
分子動力学計算によると、格子間原子集合体はカスケード損傷から直接形成され、一次元(1D)運動と呼ばれる高速拡散により損傷領域から離脱することにより、その後の損傷組織発達に強く影響すると考えられている。我々はこれまでに、超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射その場観察により、実験で観察される1D運動は間欠的で、その理由として試料に残留する不純物の効果を考えてきた。本研究では、純度を系統的に変化させた純銅を用いて、熱処理が1D運動挙動に与える影響を調査した。その結果、高純度試料では、熱処理を行わなかった試料に比べて行った試料で1D運動が大きく抑制されることが分かった。その一方で、低純度試料では、熱処理のあり・なしで顕著な差は見られなかった。このことは、入手した試料に最初から含まれている不純物と試料作製の際の熱処理で導入される不純物が1D運動に影響していることを示している。
O
の結晶格子間隔変化; 照射量依存性石川 法人; 近藤 啓悦; 藤村 由希; 小河 浩晃
no journal, ,
100MeV以上の高速重イオンをセラミックス試料に照射すると照射損傷が形成される。耐照射性の高いセラミックスの場合には、照射損傷メカニズムが複雑で、かつ照射影響が小さいために、照射損傷メカニズムを解明することが困難である。そのため、照射損傷自体を定量化して定義することから始めることが重要となる。今回、我々が採用したEBSD法(電子線後方散乱回折)は、格子間隔の変化を敏感に検知できること、場所ごとに異なる格子間隔の変化の大小を空間的に視覚化して、それをマッピングすることが可能であること、(一方向でなく)3次元方向の格子間隔変化を解析可能であることが、大きな利点である。本研究では、AlO単結晶に対して、系統的に照射量を変化させて200MeV Auイオンを照射し、EBSD解析をした。その結果、過去のX線回折の結果と同様に、照射方向と平行な方向の結晶格子膨張を確認した。一方で、照射方向と垂直な方向において結晶格子収縮が起きることを初めて観測した。この高速重イオン照射に伴う歪みの発生量は、照射量の増加に伴ってより顕著になり、ほぼ照射量に対して線形に増加する傾向であることがわかった。
橋本 直幸*; 磯部 繁人*; 岡 弘*; 林 重成*; 上田 幹人*; 山下 真一郎; 板倉 充洋; 都留 智仁
no journal, ,
原子炉および次世代型エネルギー炉の安全な稼働には、高エネルギー粒子照射環境に十分な耐性を持つ構造材料が必要不可欠であり、従来構造材料として信頼性の高い既存構造材料を基礎に材料開発が行われてきた。材料開発のポイントは、中性子エネルギーによる材料の照射損傷とそれに起因する機械的特性劣化の抑制にある。これまでの基本戦略は、既存構造材料の改良であり、製造工程や熱処理による微細組織の最適化や材料の化学組成の調整で対応してきたが、耐照射性という点で劇的な効果は得られなかった。そこで我々は、弾き出し損傷が起こらないあるいは弾き出し損傷後すぐに回復する材料の創製を目標に掲げ、この挑戦に可能性を感じさせる候補材料として、ハイエントロピー合金: HEA(高濃度固溶体合金: CSA)に着目してきた。HEAについては、最近、材料構成原子の拡散挙動や欠陥形成挙動における特異性および高温での照射損傷に対する優位性についても報告されるようになってきた。本発表では、次世代小型炉に対応した技術である積層造型(AM)法を用い、高温で耐照射性を有する低放射化ハイエントロピー材料(RA-HEAs)の創製を目的に実施した基礎基盤研究の現在までに得られている成果を紹介する。
中鉢 海斗*; 横山 賢一*; 石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁
no journal, ,
Taについて水素ぜい化に対するひずみおよび熱時効の影響を検討するため、冷間圧延したTaについて水素添加を行い時効した後に引張試験および内部摩擦測定を実施した。その結果、内部摩擦は冷間圧延により増加した。また水素添加でさらに内部摩擦は増加した。しかし、これらの試料は時効すると内部摩擦が低下した。これらの結果は、時効により欠陥の消滅,再配列、あるいは水素の存在状態変化を生じることを示唆すると考えられる。また水素添加した冷間圧延材を熱時効すると延性の低下が示されたことから、熱時効による水素および欠陥の状態変化が機械的特性へ影響を与えることが示唆されると考えられる。
鈴土 知明; 海老原 健一; 都留 智仁
no journal, ,
BCC金属は構造材料として様々な用途に使われているが、それらは低温領域では脆性的になり、水素等の不純物によって脆性が促進されることが知られている。現象を適切にモデル化して予測することが望まれるが、そのメカニズムは非常に複雑でありモデル化は容易ではない。破壊は巨視的な現象である一方、き裂の進展は原子間結合の切断によって生じる微視的な現象でもある。よって、き裂先端での原子配置や応力集中を精度良く再現し、それによって生じる原子間結合の切断や塑性変形を予測する必要がある。本発表ではBCC金属のへき開をモデル化するため、BCC鉄を例として分子動力学(MD)シミュレーションを行った。その結果、{100}上のへき開が最も容易にき裂が進展することが示された。