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岩元 洋介; 若井 栄一; 中川 祐貴*; 柴山 環樹*
no journal, ,
原子力,加速器,航空宇宙等の放射線場において、材料内部の欠陥などの状態を正確に計測できる新たな非破壊検査技術の構築が期待されている。本研究では、北海道大学大学院工学研究院付属複合量子ビーム超高圧顕微解析研究室のパルスレーザー(20Hz)を用いて、レーザー照射中における直径250
mの銅,アルミニウム、及びニオブの金属ワイヤー、及び厚さ400mのシリコン板の電気抵抗の時間変化を測定した。また、得られた電気抵抗率の増加値から、レーザーが電子励起等の作用によって原子を弾き出したと仮定した条件で、原子空孔と格子間原子のフレンケル対の生成数、及び転位が形成した場合の数密度を推定した。試料の電気抵抗は、熱起電力を減らすことが可能な、ケースレー社製2182A型ナノボルトメータと6221型電流源のデルタモードを活用した4端子法を用いて測定した。本実験から、金属は照射量の増加に伴い、物質内部に形成される欠陥量の増加が推定された。一方、シリコンでは、レーザー照射による価電子帯への電子遷移により、電気抵抗率は減少することがわかった。今後、微小硬さ測定,微細組織観察,シミュレーション等を進め、その詳細なメカニズムを明らかにしていく。
鈴土 知明; 海老原 健一; 都留 智仁; 森 英喜*
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。これまで我々は鉄のEAM経験ポテンシャルを用いてへき開の分子動力学(MD)シミュレーションを行い、{100}上でへき開が起きるBCC金属の性質を再現することに成功した。しかしながら、EAMポテンシャルの精度が原因と考えられるき裂先端での塑性変形が問題点として残された。本研究では、その問題点を修正した新たに開発されたポテンシャルを用いて破壊のシミュレーションを再検討した。
矢野 康英; 外山 健*; 丹野 敬嗣; 大塚 智史; 光原 昌寿*; 中島 英治*; 大沼 正人*; 皆藤 威二
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ま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。ODS鋼被覆管を実用化する上では、中性子照射環境下における強度特性を評価することが重要となるが、100dpaを超えるようなデータの取得はできていない。そこで、ODS鋼の主たる強化因子は酸化物の分散強化であるが、海外材では酸化物が照射により溶解(反跳溶解)するという報告例があることに着目し、組織評価用に照射された14Cr-ODS鋼(MA957)の分散粒子の安定性(反跳溶解の有無を含む)を、透過型電子顕微鏡(TEM)、3次元アトムプローブ(3D-AP)による微細構造解析により評価を実施した。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。
大東 純*; 上田 光敏*; 河村 憲一*; 入澤 恵理子; 小松 篤史; 加藤 千明
no journal, ,
ジルコニウム合金の高温酸化皮膜を固体電解質に用いた酸素センサ開発として、合金上のジルコニア酸化皮膜成長速度を抑制することを目的に、ジルコニウムにニッケルを添加した合金を検討した。本研究ではジルコニウム-ニッケル合金の高温酸化挙動を評価した。アルゴンに1%酸素を添加した混合ガス中で873Kで酸化させ、純ジルコニウムとの酸化速度の違いと生成した酸化皮膜の性状の相違との関係について、酸化皮膜の断面像とともに比較し、考察した。酸化速度は、純ジルコニウムの場合と比較し同等かもしくは僅かに大きくなる傾向を示した。また酸化皮膜が分厚くなりボイドが生成する箇所が確認され、亀裂も発生していた。本結果からは、合金中のジルコニウムの活量を下げ酸化速度を低下させるような傾向は確認できなかった。
豊田 晃大; 若井 栄一; 鬼澤 高志; 柴山 環樹*; 中川 祐貴*
no journal, ,
316FR鋼は、SUS316のC, N, Pを成分調整することでクリープ強度を向上させた次世代高速炉構造材料の候補材である。高速炉構造材料は高速中性子および熱中性子の照射を受けることから、耐照射性の評価が必要となる。316FR鋼は、照射後引張試験や照射後クリープ試験が実施され、高速増殖原型炉「もんじゅ」の構造材料であるSUS304との比較がなされ、耐クリープ特性が優れていることが分かっているが、照射損傷メカニズムなどの詳細は必ずしも明らかではない。よって本研究では、316FR鋼の耐照射性の理解を深めることを研究目的とし、316FR鋼とSUS304に対し電子線照射による微細組織変化のその場観察などを行った。
外山 健*; 井上 耕治*; 永井 康介*; 木野村 淳*; 鈴土 知明; 波多野 雄治*
no journal, ,
タングステン(W)は核融合炉プラズマ対向材料として有望である。照射下では水素同位体の滞留・蓄積が問題となるが、レニウム(Re)やクロム(Cr)添加によって水素同位体蓄積量が大幅に減少することが見出された。これは、水素捕獲サイトである空孔型欠陥の形成がReやCrによって抑制されるためと考えられるが、それを裏付ける実験的な知見はあまり得られていない。本研究では、電子線照射または中性子照射されたW合金について、照射欠陥形成に対する添加元素の効果を陽電子消滅法で調べることを目的とした。
日吉 憲祐*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
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6000系アルミニウム合金は、加工性や耐食性に優れ、熱処理による時効硬化を発現することから、自動車材への適用が近年拡大している。その析出相は合金組成や熱処理に応じて変化することが知られているが、その詳細はよく分かっていない。本研究は、アルミニウム合金中のMg-Siクラスタ析出挙動について、実験観察とクラスタ形成シミュレーションを用いて検討を行った。
山崎 仁*; 大沼 正人*; 丹野 敬嗣; 大塚 智史; 外山 健*; 光原 昌寿*; 中島 英治*
no journal, ,
ODS鋼について、事故時を想定した超高温下での特性評価のため、ナノメートルオーダーの酸化物分散粒子の安定性をX線小角散乱(SAXS)法によって評価した。1250
Cまでは酸化物は概ね安定であるが、1300C以上では短時間でも酸化物分散状態が変化することが分かった。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。
丹野 敬嗣; 藤田 江示; 矢野 康英; 大塚 智史; 中島 英治*; 光原 昌寿*; 大沼 正人*; 外山 健*; 皆藤 威二
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高温強度に優れる酸化物分散強化型(ODS)鋼を燃料被覆管に適用することで、事故時を含む超高温域までの燃料破損リスクを低減し、プラントの安全性向上が期待される。強化相として分散している酸化物粒子は、他の耐熱合金の強化相として用いられる炭窒化物や金属間化合物と比較して安定と考えられるが、事故時に想定される超高温域まで組織や強度が維持されることを実際に確認することが重要である。本研究では、ODS鋼の超高温に対する限界性能を評価するため、事故を模擬した超高温加熱処理を実施し、その後のマクロ組織と強度の評価を行った。マクロ組織については、1250Cまで概ね安定であり結晶粒が微細であったが、1300C以上では粗大化していた。一方、硬さについては、1250C以上で低下していることが分かった。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。
都留 智仁; Lobzenko, I.; Han, S.*; Chen, Z.*; 岸田 恭輔; 乾 晴行*
no journal, ,
ハイエントロピー合金(HEA)やゴムメタルなどの高濃度合金系において、強度と延性・靭性を両立した優れた力学機能が発見されており、高濃度の合金元素による優れた特性が注目を集めている。ただし、BCC構造を持つHEAでは、第5
6族元素から成るMoNbTaVW合金が延びずに界面で破壊するのに対して、第45族元素によるTiNbTaZrHf合金は巨大な延びを発現する。このように、合金系によって特性が全く異なるため、高濃度であることに加えて構成元素の役割が重要になる。本研究では、3元系のBCCミディアムエントロピー合金(MEA)モデルに対して、構成元素の力学特性に及ぼす効果を第一原理計算によって検討した。
Gong, W.; Zheng, R.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 相澤 一也; 辻 伸泰*
no journal, ,
Extension twinning and detwinning play crucial roles in cyclic loading deformation of magnesium (Mg) and its alloys. The occurrences of twining and detwinning are accompanied by the motion of twin boundaries (TBs), and then the interaction between the TBs and lattice defects such as dislocations and various boundaries is the key factor for the mechanical properties. Because of the complex microstructures introduced by cyclic deformation, the work hardening mechanisms associated with twinning and detwinning in Mg alloys are still far from being understood. In the present study, twinning and detwinning behavior of a commercial AZ31 Mg alloy during cyclic compression-tension deformation was evaluated in multi-scale using in-situ neutron diffraction (ND), identical area electron backscatter diffraction (EBSD), and transmission electron microscopy techniques. The relationship between the mechanical responses in cyclic deformation and microstructures was investigated.
若井 栄一; 岩元 洋介; 柴山 環樹*; 佐藤 紘一*; 豊田 晃大; 鬼澤 高志; 涌井 隆; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中川 祐貴*; et al.
no journal, ,
加速器標的システム,原子力,航空宇宙等の分野では放射線による構造材や機器の劣化が生じるため、高い耐久性向上や優れた機能を持つ材料開発が期待される。本研究では、放射線場で使用できるイノベーション材料の創出に向け、様々な材料に対し、放射線場での材料内部の欠陥などの状態を正確に計測できる新たな非破壊検査技術の構築を進めている。また、イノベーション材料として、ハイエントロピー合金(HEA)は高強度で且つ延性に富む傾向が知られており、様々な応用が期待されている。本講演では、放射線場でもマルチ同時測定が可能な計測原理の構築とHEAの試作状況を主に、金属等の照射解析状況や進捗などを併せて報告する。
若井 栄一; 能登 裕之*; 叶野 翔*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 柴山 環樹*
no journal, ,
高エネルギー加速器における大強度ビーム下で使用される材料や機器、及び高温プラズマに近接する核融合炉壁材やダイバータは、高熱負荷と照射などに耐えるような材料開発とその安全性や寿命を評価することが重要である。タングステン系材料は、J-PARCセンターの物質・生命科学実験施設の第2ターゲットステーション計画でも標的材料として候補になっている。本研究では、核融合研にてタングステンにTiCの微粒子を約1.1wt%分を混ぜ、メカニカルアロイングと高温等方圧焼結などの工程を経て製作した材料に関して、その耐照射特性を調べた。本材料は、約1-2mの結晶粒径を持ち、かつ高強度で革新的なナノ粒子分散型W材料である。この材料と純タングステンに対してそれらの耐照射特性を773Kでタングステンイオン照射を実施した。ナノインデンターや透過型電子顕微鏡で解析をした結果、純タングステンに比べ、本ナノ粒子分散型W材料では、非常に高い耐照射性能が持つことが初めて分かった。