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垣内 一雄; 山内 紹裕*; 天谷 政樹; 宇田川 豊; 北野 剛司*
Proceedings of TopFuel 2022 (Internet), p.409 - 418, 2022/10
In order to examine the influence of cladding microstructural changes upon the mechanical property of the fuel cladding under LOCA conditions in a more direct and quantitative manner, the nanoindentation method has been applied to Zircaloy-4 cladding specimens after LOCA simulated tests (about 1473 K, ECR 20%, quench at 973 K after slow cooling); results for two specimens taken from the rupture opening part and secondary hydriding part were compared. In addition to hardness and Young's modulus, the plastic work fraction that corresponds to the relative ductility was evaluated from the load-displacement curve. The plastic work fraction at the secondary hydriding part was found to be obviously lower than that at the rupture opening part and closer to that in 
-Zr(O) layers beneath the outer surface. This result from the nanoindentation method agrees with the conventional knowledge about low ductility at the secondary hydriding part.
Naeem, M.*; He, H.*; Zhang, F.*; Huang, H.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Wang, B.*; Lan, S.*; Wu, Z.*; Wang, F.*; et al.
Science Advances (Internet), 6(13), p.eaax4002_1 - eaax4002_8, 2020/03
被引用回数：145 パーセンタイル：99.09(Multidisciplinary Sciences)High-entropy alloys exhibit exceptional mechanical properties at cryogenic temperatures, due to the activation of twinning in addition to dislocation slip. The coexistence of multiple deformation pathways raises an important question regarding how individual deformation mechanisms compete or synergize during plastic deformation. Using in situ neutron diffraction, we demonstrate the interaction of a rich variety of deformation mechanisms in high-entropy alloys at 15 K, which began with dislocation slip, followed by stacking faults and twinning, before transitioning to inhomogeneous deformation by serrations. Quantitative analysis showed that the cooperation of these different deformation mechanisms led to extreme work hardening. The low stacking fault energy plus the stable face-centered cubic structure at ultralow temperatures, enabled by the high-entropy alloying, played a pivotal role bridging dislocation slip and serration.
岡崎 泰幸*; 林 久資*; 青柳 和平; 森本 真吾*; 進士 正人*
Proceedings of 5th ISRM Young Scholars' Symposium on Rock Mechanics and International Symposium on Rock Engineering for Innovative Future (YSRM 2019 and REIF 2019) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2019/12
トンネルの支保工の設計の際、数値解析により掘削時の岩盤の挙動や支保工へ作用する応力が予想される。しかしながら、解析では、岩盤の持つ力学的な不均質性を考慮しない場合が通常である。そのため、解析では掘削時の岩盤挙動を正確に再現できていない可能性がある。そこで、本研究では、幌延深地層研究センターの深度350mの調査坑道を対象として、岩盤の持つ不均質性を考慮したトンネル掘削解析を実施した。結果として、調査坑道で計測されたような局所的に作用する支保工応力を再現するためには、岩盤の不均質性を考慮する必要があることが明らかとなった。また、不均質性の寸法の考慮も重要な要素であることが明らかとなった。
飛田 徹; 西山 裕孝; 鬼沢 邦雄
JAEA-Data/Code 2018-013, 60 Pages, 2018/11
JAEA-Data-Code-2018-013.pdf:1.67MB
原子炉圧力容器の健全性を判断する上で、破壊靱性をはじめとする材料の機械的特性は重要な情報となる。本レポートは、日本原子力研究開発機構が取得した中性子照射材を含む原子炉圧力容器鋼材の機械的特性、具体的には引張試験, シャルピー衝撃試験, 落重試験及び破壊靱性試験の公開データをまとめたものである。対象とした材料は、初期プラントから最新プラント相当の不純物含有量及び靱性レベルで製造されたJIS SQV2A(ASTM A533B Class1)相当の5種類の原子炉圧力容器鋼である。また母材に加え、原子炉圧力容器の内張りとして用いられている2種類のステンレスオーバーレイクラッド材の機械的特性データについても記載した。これらの機械的特性データは、材料ごとにグラフで整理するとともに今後のデータの活用しやすさを考慮して表形式でリスト化した。
北垣 徹; 池内 宏知; 矢野 公彦; 荻野 英樹; Haquet, J.-F.*; Brissonneau, L.*; Tormos, B.*; Piluso, P.*; 鷲谷 忠博
Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 5, p.217 - 220, 2018/11
Characterization of the fuel debris is required to develop fuel debris removal tools for the decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F). In this study, the VULCANO MCCI test, VBS-U4, was selected as 1F similar conditions and the characteristics of the samples were examined. In the molten pool sample, the round-edged corium-rich oxides region, with diameters of 1-10 mm, is surrounded by a concrete-rich oxide region. It shows convection of the molten pool. Other samples also show the features of the MCCI progression. The main chemical forms of the samples are SiO
, (U,Zr)O, Fe and so on. The microstructure of the samples is heterogeneous structure composed of these phases. The difference in Vickers hardness between the metallic phases and the oxide phases is a distinctive characteristic. It can be noted that the heterogeneous distribution of metallic phases in 1F MCCI products interrupt with the removal operation such as by damaging the core-boring bit.
廣岡 瞬; 加藤 正人
Journal of Nuclear Science and Technology, 55(3), p.356 - 362, 2018/03
被引用回数：8 パーセンタイル：62.99(Nuclear Science & Technology)密度, O/MおよびPu含有率をパラメータとして、MOXの音速測定を行った。これらのパラメータの影響はそれぞれ一次関数でよくフィッティングすることができ、MOXの音速を評価するフィッティング式が得られた。得られた音速のデータから機械物性が評価され、例として、密度低下によりヤング率は急激に低下する結果が得られた。また、過去に報告されている熱膨張のデータを用いることにより、ヤング率の温度依存性を評価した。温度上昇によりヤング率が低下し、文献値とよく一致する結果が得られた。
濱田 崇; 長谷川 伸; 深沢 秀行*; 澤田 真一; 越川 博; 宮下 敦巳; 前川 康成
Journal of Materials Chemistry A, 3(42), p.20983 - 20991, 2015/11
被引用回数：34 パーセンタイル：70.73(Chemistry, Physical)燃料電池の本格普及のため、低加湿下でのプロトン導電率と高加湿下での機械強度を併せ持つ電解質膜が不可欠である。本研究は、膜強度の高いポリ(エーテルエーテルケトン) (PEEK)に着目し、放射線グラフト重合により高いイオン交換容量(IEC)を有するPEEK-グラフト型電解質膜(PEEK-PEM)を合成することで、導電率と機械的強度の両立を目指した。IEC=3.08mmol/gのPEEK-PEMは、80
Cにおいて、低加湿下(相対湿度30%)でナフィオンと同等の導電率、高加湿下(相対湿度100%)で1.4倍の引張強度(14MPa)を示した。さらに、PEEK-PEM (IEC=2.45mmol/g)を用いて作製した燃料電池は、高加湿下(相対湿度100%)でナフィオンと同等、低加湿下(相対湿度30%)でナフィオンの2.5倍の最大出力密度を示した。X線回析からPEEK-PEMは、グラフト重合中、結晶性が増加するため、高いIECを持つPEEK-PEMにおいても、高い機械的強度を示すことが明らかとなった。
若井 栄一; 大塚 英男*; 松川 真吾; 古谷 一幸*; 谷川 博康; 岡 桂一朗*; 大貫 惣明*; 山本 敏雄*; 高田 文樹; 實川 資朗
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1077 - 1084, 2006/02
被引用回数：11 パーセンタイル：60.27(Nuclear Science & Technology)微小試験片の試験技術は核融合炉材料の強度特性を調べるために発展しているが、これは特に、IFMIFでは照射スペースが小さくならざるを得ないことに由来している。本研究ではF82H鋼を用いて微小な曲げ試験片(ノッチ部に疲労予亀裂入)であるt/2の1/3PCCVN(pre-cracked Charpy V-Notch)とDFMB(deformation and fracture mini bend)を作製し、これらの曲げ試験片の靭性を評価するための新しい試験装置の開発について紹介する。本装置は約-180Cから300Cまでの範囲で、変位量を高精度に制御して試験できるように設計した。また、室温でこれらの試験片を用いて静的破壊靭性試験を行い、大きめのサイズを持つ0.18DCT試験片の試験結果との比較を行った。加えて、t/2-CVNと1/3CVN及びt/2-1/3CVN片を用いて、衝撃試験によって得られた吸収エネルギーの温度変化から延性脆性遷移温度(DBTT)を評価し、t/2-1/3CVNのDBTTは大きい試験片の場合より約30C低くなる結果を得た。他方、微小引張り試験やスモールパンチ試験による強度とDBTT等の評価も同様に進めた。
金子 哲治; 塚谷 一郎; 木内 清
JAERI-Research 2005-005, 23 Pages, 2005/03
JAERI-Research-2005-005.pdf:1.65MB
低減速軽水炉の炉心は、高転換比と超高燃焼度を同時に達成するために、MOX燃料とUOブランケットの各ペレット領域を多段に積層した燃料要素から構成される。その燃料要素の設計では、長手方向におけるトランジェントな熱出力分布に起因した局所的変形挙動の評価が重要となることから、実炉で想定される燃料被覆管の温度分布及び応力分布の数値解析を行い、局所的な変形挙動の評価試験条件を選定した。それをもとに、燃料被覆管の熱変形挙動評価試験装置の温度分布制御等の再現試験を行い、最適な実験条件を選定した。併せて、被覆管の熱変形挙動で想定される疲労及びクリープ及び熱物性等の基礎データを取得して、燃料被覆管の多軸応力場における力学的特性評価に必要となる試験・解析条件を整えた。
古谷 一幸
JAERI-Research 2004-013, 165 Pages, 2004/09
JAERI-Research-2004-013.pdf:53.73MB
本研究の目的は、これまでのHIP接合に関する基礎研究成果をブランケットの構造体部分(第一壁)の製作に応用した場合の問題点を明らかにし、その対処法を提案することにある。主な成果は次の通り。(1)低放射化フェライト鋼F82Hによる第一壁の矩形冷却配管を、一般的な配管製造法(角ダイス引き抜き法及び角ロール成型法)により製造可能であることを実証した。(2)第一壁の部分実規模モックアップをHIP接合法により製作し、接合部の引張り特性が母材部と同等であることを明らかにするとともに、衝撃特性が大幅に劣化する問題を有していることを明らかにした。(3)靭性劣化の要因は、接合部における結晶粒の粗大化,脆性破壊、及びボイドの成長不足であることを明らかにするとともに、これらを生じさせる因子には、初期ギャップ,不適切な表面粗さ,初期ギャップに起因する元素の拡散不足、及び表面の汚れがあり、これら因子が靭性劣化に複合的に寄与していることを見いだした。(4)劣化した靭性を大幅に改善可能な再熱処理法を見いだすとともに、靭性劣化因子の排除により母材部と同等の靭性が得られることを実証した。(5)接合部の引張り特性はITERレベルの約2dpaまでは大きく劣化しないことを明らかにした。
田口 富嗣; 野澤 貴史*; 井川 直樹; 加藤 雄大*; 實川 資朗; 香山 晃*; 檜木 達也*; Snead, L. L.*
Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.572 - 576, 2004/08
被引用回数：46 パーセンタイル：92.89(Materials Science, Multidisciplinary)SiC/SiC複合材料は、高温高強度及び低放射化であることから、核融合炉材料の候補材料の一つである。複合材料の機械的特性向上のために、ナノメートルオーダーで制御したSiC/Cマルチレイヤーを界面層とする先進SiC繊維を用いた、SiC/SiC複合材料を熱傾斜化学蒸気浸透法(F-CVI)により作製した。走査型及び透過型電子顕微鏡観察により、先進SiC繊維の周りにSiC/Cマルチレイヤーが生成していることを確認した。曲げ試験及び引張試験の結果、SiC/Cマルチレイヤー界面層を有する複合材料の強度は、単層C界面層を有する複合材料の強度に比べ、約10%程向上することがわかった。機械強度試験後の破面観察の結果、繊維の周りに円筒状の段差が生じていることが確認され、繊維の引き抜けだけでなく、繊維束の引き抜けも生じていた。さらに、SiC/Cマルチレイヤー内で生じたき裂の偏向は、C層内で生じていることがわかった。これらの結果から、本研究で作製したSiC/Cマルチレイヤーは、機械強度改善に十分に貢献することがわかった。
若井 栄一; 佐藤 通隆*; 沢井 友次; 芝 清之; 實川 資朗
Materials Transactions, 45(2), p.407 - 410, 2004/01
被引用回数：6 パーセンタイル：32.72(Materials Science, Multidisciplinary)材料中に生成するHeが組織や強度特性に及ぼす影響を評価するために原子炉での熱中性子との
B(n,)
Li反応を利用したB添加法がある。本研究ではFe-8Cr-2W-0.1C系のマルテンサイト鋼F82Hに約60ppmのBを添加させた材料と約60ppmのBと約200ppmのNを複合添加させた材料を作製し、その組織と強度特性を評価した。これらの試料の熱処理はBの偏析を防ぐために950Cから1150Cまでの数種類の温度で約30分間焼ならしを行った後、水中に急冷した。その後、約780Cで30分間焼きもどしを行った。これらの熱処理後、各試料の組織やSIMSによってBやNの分布を調べるとともに、引張試験とシャルピー衝撃試験等を行った。B添加材とB+N複合添加材の引張特性は添加していない材料とほぼ同一であったが、衝撃試験では無添加材に比べてB添加材の延性脆性遷移温度(DBTT)が30
70C程度上昇したのに対して、BとNを複合添加した材料ではDBTTは上昇しなかった。また、この複合添加材ではBの偏りを抑えることができた。また、焼ならし温度によってもBの偏析分布やDBTTが変化した。以上の結果から材料中にHeをより均一に生成させるためにはBとNを複合添加し、1000Cで焼きならしをした材料が最適であることがわかった。
古谷 一幸; 若井 栄一; 安堂 正巳; 沢井 友次; 岩渕 明*; 中村 和幸; 竹内 浩
Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.385 - 389, 2003/09
被引用回数：23 パーセンタイル：80.7(Nuclear Science & Technology)原研では、発電実証プラントに水冷却型固体増殖ブランケットの装荷を予定しており、その構造材には低放射化材F82H鋼を提案している。前研究にて、ブランケット構造体モックアップをHIP接合法により製作し、その製作性に問題がないことを明らかにしたが、HIP接合部周辺に結晶粒の粗大化が見られた。これは接合強度を劣化させる懸念があるため、モックアップ健全性評価の一環として粗大化を伴うHIP接合部の引張り試験、及び硬さ測定を行った。引張り試験は室温から773Kまでの温度範囲で行った。HIP接合部の強度は、IEA標準材と比較して約50MPa増加し、延性は約4%低下した。粗大化領域及び非粗大化領域間での硬さは同等であったが、両領域の硬さは、標準材と比較して約5%増加した。このことから、引張り特性の変化は全体的な硬化によるものと思われる。一方で、結晶粒粗大化を伴わない母材部の引張り及び衝撃試験を行った結果、母材部の引張り特性は接合部と同様の傾向であったが、延性脆性遷移温度(DBTT)は標準材に比べ高温側に約40K移動していた。これはモックアップ製作行程中の熱処理が原因と思われる。これらの結果より、粗大化をともなうHIP接合部のDBTTの高温側への移動が推測される。
永瀬 文久; 上塚 寛
JAERI-Research 2002-023, 23 Pages, 2002/11
JAERI-Research-2002-023.pdf:1.94MB
軽水炉の異常過渡や事故時の燃料棒健全性を評価するための基礎データを得ることを目的に高燃焼度PWR燃料被覆管を673~1173Kで0~600s間加熱し、室温においてリング引張試験を実施した。試験の結果から、加熱温度と加熱時間に依存した被覆管強度と延性の変化が明らかになった。温度遷移による機械特性の変化は、主に、照射欠陥の回復,ジルカロイの再結晶,相変態,それらに伴う水素化物析出形態の変化に対応しているものと考えられる。また、未照射被覆管との比較により、高温においても短時間では照射の影響が消失しない可能性が示された。合わせて、高燃焼度PWR被覆管の半径方向水素濃度分布を測定し、被覆管外表面部で約2400wtppmという高濃度の水素を検出した。このような高濃度の水素集積は、高燃焼度PWR燃料被覆管の延性低下や加熱後の延性変化と密接に関連すると考えられる。
涌井 隆*; 二川 正敏; 田辺 裕治*; 井岡 郁夫
材料, 51(6), p.681 - 687, 2002/06
材料照射の損傷機構と力学的なマクロ特性との相関を知る簡便な手法として硬さの計測が行われる。一方、原子炉システム耐食構造部材では環境割れ機構の解明が急務であり、機構解明には粒界脆化などの材料微小領域における力学特性を評価することが重要となる。そこで、押込み試験から微小領域の材料質変化を評価し、マクロ的な力学特性として材料定数を定量的に評価する手法を考案した。すなわち、複数の形状の異なる圧子を用いた微小押込み試験から得た荷重深さ曲線を実験的及び解析的に評価する。解析的に評価した荷重負荷曲線の傾きと材料定数との関係を示す特性曲線及び傾きの実験値を用いて、各圧子に対する荷重負深さ曲線を表す最適な材料定数を同定する。仮想数値実験と2種類の合金に対する実験結果から、本手法の有用性を確認した。
田口 富嗣; 井川 直樹; 實川 資朗; 野澤 貴史*; 加藤 雄大*; 香山 晃*; Snead, L. L.*; McLaughlin, J. C.*
Advanced SiC/SiC Ceramic Composites: Developments and Applications in Energy Systems; Ceramic Transactions Vol. 144, p.69 - 76, 2002/00
低放射性や高温特性に優れた原子力材料であるSiC/SiC複合材料に関して、機械特性のさらなる改善のためには、気孔率の可能な限りの低減化かつ空孔や界面層の均一化が重要な要素となる。本研究では、最も低放射化が期待できる複合材作製法である強制熱傾斜化学蒸気浸透(FCVI)法の製造条件の最適化に着目し、本材料の機械特性向上に必要な上記要素の改善について検討した。気孔率は、SiC繊維含有率の増加によって減少すること、空孔や界面層分布は、原料ガス等の流量の最適化によって均一化できること等を明らかにした。また、界面層の均一化のためにはプロセスにおける材料反転処理が特に有効であった。なお、本最適化によって、これまでFCVI法では得られなかった15%以下の低気孔率が達成できた。また、界面層としてカーボンを選択した場合では、厚み誤差が
10nm以内の均一な界面層を作製でき、平均界面層厚みが75~300nmの時に優れた機械特性を有することが明らかとなった。
柴田 大受; 石原 正博
Transactions of 16th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-16) (CD-ROM), 8 Pages, 2001/08
黒鉛は酸化により機械的特性が低下するため、高温ガス炉の炉内黒鉛構造物は供用期間中検査においてその健全性を確認する必要がある。酸化による機械的特性の低下は黒鉛内部の気孔状態に依存するので、気孔状態の変化から機械的特性を評価するため、多孔質セラミックス中の気孔と超音波との衝突過程に基づく超音波伝播モデルの酸化黒鉛への適用性について検討した。この超音波伝播モデルを用いて、酸化の進行に伴う黒鉛のヤング率の低下について調べ、酸化に伴う黒鉛内部の気孔状態の変化として気孔寸法、気孔率に加えて気孔形状の変化が解析上重要な因子の一つであることを示した。その結果、酸化による黒鉛の機械的特性の低下の評価にこの解析モデルを適用できる見通しを得た。
石原 正博; 柴田 大受; 高橋 常夫*; 馬場 信一; 星屋 泰二
Proceedings of OECD/NEA 2nd Information Exchange Meeting on Basic Studies in the Field of High-temperature Engineering, p.225 - 241, 2001/00
高温工学に関する先端的基礎研究として進めている黒鉛材料を中心としたHTTRを用いた高温照射試験の現状について、(1)微細構造を考慮した破壊モデルの開発,及び,(2)気孔と超音波の相互干渉効果を考慮したヤング率の予測法に関してまとめたものである。破壊モデルの開発では、引張強度,強度の確率分布さらには曲げ強度について、微細構造と強度特性の関連性を述べた。また、ヤング率の予測法では、ヤング率に及ぼす酸化の影響について実測値及びモデルによる予測値の比較について述べた。
奥 達雄*; 車田 亮*; 中田 昌幸*; 武田 和孝*; 川又 清弘*; 荒井 長利; 石原 正博
Proceedings of 24th Biennial Conference on Carbon (CARBON '99), p.574 - 575, 1999/07
炭素繊維複合材料について、機械的特性の照射効果を調べるために、TIARAを用いて175MeVのエネルギーでアルゴンイオン照射を行い、照射後ダイナミック硬さを調べた。照射後試験の結果ヤング率及び強度との相関が良いとされるB及びDパラメータに照射による増加が認められ、照射による硬化が確認された。また、これらのパラメータは、損傷が最大となる領域(表面から約50
m; 損傷は0.15dpa)からの影響を受けるため、押し込み荷重を変化させることにより増加量に変化が認められた。さらに、定性的評価ではあるが、ダイナミック硬さを計測する方法は炭素繊維材料の照射損傷の程度を調べるために有効であることがわかった。なお、本研究は「炭素繊維複合材料の照射損傷の評価」に関する茨城大学との共同研究として実施したものである。
鬼沢 邦雄; 鈴木 雅秀
ISIJ International, 37(8), p.821 - 828, 1997/08
被引用回数：3 パーセンタイル：35.47(Metallurgy & Metallurgical Engineering)原子炉圧力容器鋼材の照射脆化に関して、各種機械的特性の変化の相関を調べた。照射脆化に影響する鋼材中の鋼、燐及びニッケル量を変化させた7種類の鋼材を利用し、JMTRで中性子照射を行った。本鋼材は、IAEA鋼材照射協力研究用に国内鋼材メーカーが製造したものであり、国内PWR圧力容器鋼の化学成分範囲を包含するように選択した。室温での降伏強さの増加を指標とした場合、ビッカース硬さの増加及びシャルピー遷移温度のシフトには良い相関が認められた。上部棚温度領域では、延性破壊靱性の低下と降伏強さの増加に良い相関が認められ、一方でシャルピー上部棚吸収エネルギにはあまり良い相関が認められなかった。延性脆性遷移温度域での破壊靱性値は、ばらつきが大きいため、統計処理を含む最適な評価方法の確立が必要である。
