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光原 昌寿*; 栗野 晃一*; 矢野 康英; 大塚 智史; 外山 健*; 大沼 正人*; 中島 英治*
鉄と鋼, 109(3), p.189 - 200, 2023/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)本研究では、高速炉通常運転時におけるODS鋼被覆管の使用環境に近い700または750
Cのクリープ試験と、事故時を模擬した900から1350Cでの時効処理または高温引張試験での酸化物の成長挙動を確認した。9Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織では、初期状態と比較し、酸化物の成長や数密度の低下が無く、酸化物の分散強化がクリープ変形中に有効に機能していることが分かった。12Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織においては、亜粒界のような転位下部構造の発達はほとんど観察されず、粒内に可動転位が均一に観察された。転位密度は応力の増加とともに増える傾向であった。9Cr-ODS鋼の引張延性は、900から1100Cまで温度上昇とともに低下したが、1200Cで上昇し、1250Cで劇的に低下し、1300Cで再び増加する傾向を示した。12Cr-ODS鋼では、温度の上昇とともに減少する傾向を示した。9Cr-ODS鋼の1200から1300Cにおける複雑な引張特性の変化にはデルタフェライト相の形成が影響していると推察される。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。
若井 栄一; 佐藤 通隆*; 大久保 成彰; 沢井 友次; 芝 清之; 實川 資朗
日本金属学会誌, 69(6), p.460 - 464, 2005/06
被引用回数：1 パーセンタイル：16.27(Metallurgy & Metallurgical Engineering)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、その微細組織と強度特性を評価した。これらの鋼材中のBの偏析を防ぐために、熱処理に関しては950Cまたは1000Cで約10分間焼ならしを行った後、水中に急冷するなどの措置を施した。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、各試料の微細組織観察やSIMSによるBやNの分布測定を行うとともに、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空冷したB添加材の延性脆性遷移温度(DBTT)が70C程度上昇するとともに、ボロンの分布の局在化がSIMSによって観察された。焼きならし温度から急冷したB添加材のDBTTの上昇量は30C程度になり、ボロンの局在化の度合いも減少した。一方、BとNを複合添加した材料ではDBTTの上昇がなく、Bの局在的な偏りがさらに減少した。また、酸化物や窒化ボロンは観察されなかった。
物質科学研究部; 核融合工学部(東海駐在)
JAERI-Review 2004-018, 97 Pages, 2004/08
JAERI-Review-2004-018.pdf:18.92MB
低放射化フェライト鋼F82H及び数種の類似鋼を対象に、ここ数年間に渡り照射挙動の評価を精力的に実施してきた。この結果、使用下限温度の明確化と照射による劣化への対策等を得ることを目指す高照射量実験について、(1)弾き出し損傷にして20dpaまで、延性脆性遷移温度(DBTT)の上昇への照射効果の評価を達成し、また、同位体調整したニッケルやホウ素の微量添加手法を用い、(2)DBTT上昇へのHe原子の助長効果についての実験的解析を進め、さらに、(3)高温高圧水中低速引張試験により、環境割れへの照射効果等の概要を得ることができた。加えて、照射後試験装置の開発や関連研究の進捗が得られた。本報告書は、これらの結果をまとめたものである。なお、得られた結果は、低放射化フェライト鋼が核融合炉への使用に対し高い適合性を持つことを示している。
谷川 博康; 橋本 直幸*; 酒瀬川 英雄*; Klueh, R. L.*; Sokolov, M. A.*; 芝 清之; 實川 資朗; 香山 晃*
Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.283 - 288, 2004/08
被引用回数：19 パーセンタイル：75.21(Materials Science, Multidisciplinary)低放射化フェライト鋼は、核融合炉ブランケット構造材料の候補材料である。これまでの研究により、300C5dpaの中性子照射による鋼の延性脆性遷移温度がF82H(Fe-8Cr-2W-V-Ta)に比べて、ORNL9Cr-2WVTa及びJLF-1(Fe-9Cr-2W-V-Ta-N)が小さいことが明らかになっている。これらの違いは、照射硬化の影響のみでは説明することができない。また一方、Cr量の違いとして解釈できるものでもない。本研究では、これらの鋼の衝撃特性変化の違いについて、その要因を探るべく、微細組織解析を行った、その結果について報告している。
谷川 博康; 廣瀬 貴規; 安堂 正巳; 實川 資朗; 加藤 雄大*; 香山 晃*
Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part1), p.293 - 298, 2002/12
被引用回数：9 パーセンタイル：51.46(Materials Science, Multidisciplinary)特に中性子照射された材料の破壊機構について、微細組織レベル理解することは重要な問題として挙げられてきたが、強度試験後試料から透過型電子顕微鏡(TEM)用薄膜試料を作ることが極めて困難であったため、これまで十分に理解されていない。この技術的な問題を解決するために、集束イオンビーム(FIB)マイクロサンプリング・システムを、日本原子力研究所の東海研ホットラボ施設に導入した。このシステムにより、中性子照射された試料の疲労破壊起点といったような、破壊機構を理解するうえで要点となる箇所からTEM用薄膜試料を作ることが可能となった。この論文では低放射化フェライト鋼の疲労破壊挙動について、特に核変換生成ヘリウムの効果に着目して、微細組織観察をベースに検討を行った。その結果を報告する。
若井 栄一; 三輪 幸夫; 橋本 直幸*; Robertson, J. P.*; Klueh, R. L.*; 芝 清之; 安彦 兼次*; 古野 茂実*; 實川 資朗
Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part.1), p.203 - 211, 2002/12
被引用回数：26 パーセンタイル：82.31(Materials Science, Multidisciplinary)核融合炉構造材や核破砕ターゲット材は高エネルギー粒子との衝突によって弾き出し損傷が生じるだけでなくHやHeなどが生成する。このため本研究では
Bを添加したF82H鋼や
Feを用いて作製したF82H鋼を用い、中性子照射中にHeやHを生成させてこれらが組織に及ぼす影響を検討した。照射はHFIR炉で2.8から51dpaまで250Cから400Cで行った。250C照射で水素が生成した材料では転位ループの数密度がわずかに増加するとともに、転位ループのバーガースベクトルの3割程度を(1/2)
111
タイプから100タイプのループに変化した。また、キャビティ形成を助長した。300Cや400C照射でHeが生成した場合、転位ループの数密度はわずかに増加し、キャビティの数密度も増加した。照射温度に依存する微細組織変化の解析から、微細組織と照射硬化または延性脆性遷移温度シフトの間の関係を考察し、照射による延性脆性遷移温度シフトの増加の原因は転位ループ形成による硬化だけに起因しているものではなく、転位ループ上に形成した
'析出物にも関係していることを指摘した。
原田 雄平; 丸山 結; 前田 章雄*; 茅野 栄一; 柴崎 博晶*; 工藤 保; 日高 昭秀; 橋本 和一郎; 杉本 純
Journal of Nuclear Science and Technology, 37(6), p.518 - 529, 2000/06
シビアアクシデントに関する解析的研究によれば、PWRの1次系高圧シーケンス時には、原子炉冷却系配管が原子炉圧力容器よりも先に破損する可能性が指摘されている。このため、事故進展を予測するためには実機の配管挙動を精度良く評価する必要があり、実機配管材料の高温強度のモデル式が重要となる。そのために配管材料であるSUS316ステンレス鋼、原子力用SUS316ステンレス鋼、CF8M鋳造二相ステンレス鋼及びSTS410炭素鋼の800
以上の高温領域の0.2%耐力と引張強さに対して、金相試験などに基づき、微小な析出物の形成による強度の増加を考慮した絶対温度逆数の2次式を作成した。また、本配管材料の高温下の短時間クリープ破断時間と最小クリープ速度に対して、析出物の形成とこれらの再固溶のクリープ強度への影響を考慮した修正Norton則を適用して、従来のLarson-Miller法よりも精度の向上したモデル式を作成した。さらに、最小クリープ速度と応力の関係及び歪み速度と0.2%耐力ならびに引張強さの関係から、動的再結晶効果の生じる温度領域を明らかにした。
神田 北斗; 山県 一郎; 堂野前 貴子; 赤坂 尚昭
JNC TN9400 2000-046, 24 Pages, 2000/02
オーステナイトステンレス鋼では照射により、溶質原子が表面や結晶粒界等に偏析し、合金組成が局所的に変化する事が知られている。粒界偏析挙動を詳細に調べ、理解するために高速炉炉心材料として開発中であるPNC1520の基本合金系であるFe-15Cr-20Ni合金に、原子サイズの違いを考慮したSi,Moを各々添加したモデル合金について照射誘起偏析を検討した。高速実験炉「常陽」により476、3.5
10の26乗n/mの2乗(E0.1MeV)の条件で照射された試料を、透過型電子顕微鏡(TEM)とエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)により微細組織の観察および溶質濃度を測定した。照射誘起結晶粒界偏析挙動は概ね溶質原子のサイズ効果に従っており、Feよりサイズの大きな(oversize)原子は結晶粒界で枯渇し、小さな(undersize)原子は濃化した。またボイド表面における偏析は結晶粒界とほぼ同等であり、析出物界面における偏析はこれらよりも大きい傾向を示した。また粒界によっては粒界近傍にボイドの存在しないボイド欠乏帯が存在していた。その生成理由の一つとして粒界移動現象によりボイドが掃き出されたことが考えられる。
C若井 栄一; 橋本 直幸*; J.P.Robertson*; 沢井 友次; 菱沼 章道
Fusion Materials, 313(25), p.197 - 201, 1999/04
20%冷間加工した数種類のオーステナイトステンレス鋼をORR炉とHFIR炉で400Cにて、中性子スペクトル調整照射実験を17dpaまで行った。この時のヘリウムの生成割合は平均で約15appm He/dpaになるように制御した。照射後、透過形電子顕微鏡により微細組織を観察した。この照射によって、これらの材料では転位ループ、炭化物、キャビティが形成した。特に注目されるキャビティに関して、610
m
から210
m程度形成し、その平均半径((r
)
)は1.2nmから2.4nmであり、そのスエリング量は0.007から0.1%であった。最も低いスエリング量(0.007%)を示したJPCA-CW材では炭化物の数密度が110mと最も高かった。一方、最も高いスエリング(0.1%)を示したK-CWでは逆に炭化物の数密度が210mで最も低かった。これらのことから、炭化物形成がキャビティと同程度形成される場合、スエリング挙動に大きな影響を及ぼすことがわかった。
B and F82H+
Ni steels若井 栄一; 橋本 直幸*; 芝 清之; 三輪 幸夫; J.P.Robertson*; R.L.Klueh*
Fusion Materials, 313(25), p.161 - 169, 1999/04
F82Hに対し、BやNiのアイソトープを添加した材料を用いて、ヘリウム生成量に対するスエリング挙動を調べた。中性子照射は米国HFIR炉において300と400Cで約51dpaまで行った。照射後、透過型電子顕微鏡により微細組織を観察した。400C照射ではF82Hの標準材のスエリング量は約0.6%であり、F82H+(311appm)natural BとF82H+(325apm)B材ではそれぞれ、約0.9%と1.1%であった。またF82H+1.4%Ni及びF82H+1.4%
Ni材ではそれぞれ0.02%と0%であった。他方Ni添加材では高密度の析出物が形成した。一方、300C照射ではヘリウム発生量の多いF82H+BとF82H+Niでのみ微小なキャビティがわずかに観察され、そのスエリング量は0.02%以下であった。これらの結果からヘリウムの発生量はF82H鋼のスエリングに大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。また、Ni添加材における400C照射の低いスエリングの原因は高密度の析出物の形成がキャビティの形成、成長過程に著しい影響を与えたためと考えられる。
O
containing CrO or TiO仲田 清智*; 片野 吉男; 野田 健治
Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.1831 - 1835, 1998/00
被引用回数：1 パーセンタイル：15.03(Materials Science, Multidisciplinary)AlO(アルミナ)の照射によるスエリング性の改良のため、種々の添加元素の照射挙動に与える効果を検討した。純AlOでは、973K以上の電子照射温度で、転位ループとキャビティが生成し、さらに、試験片表面にAl析出物が現れた。TiO添加AlO照射挙動は、純AlOと同様であったが、CrOを添加したAlOでは、転位ループやキャビティは生成するが、純AlOと比較して、成長速度が著しく小さく、結果としてスエリングが抑制された。また、表面のAl析出も形成されなかった。これはCrO添加によって照射で導入された格子間原子の移動度が低下することに起因することがわかった。
O irradiated with multiple ion beams of H,He and O and after annealing片野 吉男; 中沢 哲也; 八巻 大樹; 有賀 武夫; 野田 健治
Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.1842 - 1847, 1998/00
被引用回数：6 パーセンタイル：49.22(Materials Science, Multidisciplinary)AlO中のH,Heによる損傷効果を評価する目的から、酸素(O)イオン(4.7MeV)をはじき出し損傷関数(dpa)として利用し、H,He/dpaとスエリングの関係を調べた。照射実験には高崎研TIARAのトリプルビーム照射装置を用い、650Cの照射温度で最大損傷量7.6dpaまで行い、照射後電子顕微鏡観察により損傷組織を入射イオンの深さ方向からの関数として評価した。その結果、Oイオンによる損傷は2.7
mの深さまで形成し、表面近傍には~150nm大きさの転位ループが分布した。一方キャビティは、H(0.25MeV)、He(0.9MeV)及びOイオンの各飛程(1.4,2.1及び2.6m)付近にピークを持って分布し、これらによるスエリングは各々0.2,0.3及び1%であった。これらは照射後焼鈍(1000C1h)によって、He及びOイオン領域では50~80nmに成長したキャビティが形成され、それらによるスエリングは5.8及び8%に増大した。これらの挙動から、HeやO原子は、はじき出し損傷によって生成した欠陥集合体がキャビティ成長を促進する。H原子は転位の上昇運動によって消滅し易い。
浜田 省三; 三輪 幸夫; 八巻 大樹; 片野 吉男; 中沢 哲也; 野田 健治
Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.383 - 387, 1998/00
被引用回数：18 パーセンタイル：79.15(Materials Science, Multidisciplinary)核融合炉の照射環境を模擬した照射実験を行い、材料の微細組織変化に及ぼす同時照射効果を明らかにする。このために、材料研究部で設計・開発し、製作した後、高崎研の複合ビーム棟に設置したトリプルビーム照射実験装置について、その性質、仕様、特徴ならびにこの装置を用いて得られた成果の一部について報告する。
O irradiated with multiple beams of H,He and O ions and after annealing at 1273K片野 吉男; 中沢 哲也; 八巻 大樹; 有賀 武夫; 野田 健治; 山本 春也
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 140(1-2), p.152 - 158, 1998/00
本研究では、電気絶縁材料であるAlOについて多重イオン同時照射に伴う損傷特性について透過電子顕微鏡組織断面観察から評価した。実験では、照射温度650Cで3.6dpaまで照射したトリプル(O,He,H)イオン同時照射材と10.2dpaまでデュアル(O,H)照射材、さらに再試料を1273K1
照射後焼鈍し、注入イオンの深さ方向に転位ループの生成、キャビティの成長を比較検討した。その結果、転位ループ生成挙動では、トリプル照射材は深さ1.5mの損傷ピークまで欠陥集合体の転位が深の関数で増加する。しかしデュアル照射材では損傷が最も大きい1.4mから1.6mで格子間原子の集合体である転位が希薄な領域が認められた。この領域では照射に伴うH電子が点欠陥の消滅に寄与していることを示している。一方、両照射材の照射後焼鈍では、いずれも損傷ピーク付近で著しいキャビティの成長が認められた。この結果、AlOは1000Cで熱的に活性化し、注入イオンや空孔の移動・再結合が促進されることが分かった。
O irradiated with triple beams of O,H and He ions片野 吉男; 北條 喜一; 中沢 哲也; 八巻 大樹; 有賀 武夫; 野田 健治
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 141(1-4), p.411 - 418, 1998/00
被引用回数：6 パーセンタイル：49.22(Instruments & Instrumentation)酸化アルミニウム(AlO)におけるH及びHe原子とによるキャビティ形成挙動を調べる目的からH,He及びOイオンを同時照射し、損傷組織を入射イオンの深さ方向からの関数として評価した。照射温度650Cでトリプル(0.25MeV-H,1.1MeV-He,2.4MeV-O)イオンビームを同時照射した結果、深さ1.4-1.8m及び2.2-2.5mの二つの領域で、それぞれ平均=20及び8nmの大きさのキャビティが310/m並び210
/mの数密度で形成した。これは計算で求めたO-HとHイオン飛程の領域で、良い一致を示した。さらに、O-Hイオン飛程近傍では不規則なキャビティの分布を持って観察された。この領域(1.5m)は、損傷が最も受けたと予測される領域で、格子間原子の集合体(転位ループ)の密度が希薄になる傾向を示した。これは、H原子と格子間原子との相互作用がHe原子と比べ弱いため、転位の発達及びキャビティ形成が促進されたものと考えられる。この結果、AlO中でのH及びHe原子によるキャビティ形成挙動が大きく異なることが判った。
浜田 省三
JAERI-Tech 97-041, 180 Pages, 1997/08
このレポートは、これまで著者が行ってきたイオン及びHFIR照射実験等によって得られた照射損傷組織に関する主な実験結果をまとめたものである。内容は6章から構成されている;第1章は緒言、第2章はオーステナイト鋼におけるイオン照射損傷組織の深さ分布に関するもので、損傷組織の断面観察のためのTEM試料作成技術の開発、イオン照射損傷の深さ分布に関する実験値と計算値の比較検討、第3章は2層から成るステンレス鋼のイオン照射下での相の安定性について述べた。第4章はオーステナイト鋼の中性子照射損傷に関する基礎理論、HFIR照射の特徴、中性子照射したTEM試料の放射能を低減化するための技術開発、第5章はHFIRで重照射したオーステナイト鋼の微細組織変化について述べ、第6章では全体をまとめて総括とした。
荒井 長利
日本原子力学会誌, 39(5), p.10 - 13, 1997/00
原子力用計算科学クロスオーバー研究として、「原子力用構造物の巨視的/微視的損傷の計算力学的解析法の開発とその応用」をテーマとする研究を動燃、金材研、理研と共同して平成6年度より実施している。本発表では原研が担当する標記サブテーマについての研究基本計画とこれまでの進捗結果の概要を紹介する。本研究では、多結晶実用材料の損傷プロセスを微細組織(結晶粒子と細孔の集合組織)の変化(微視き裂の成長)として考慮する数理記述モデルに立脚する。そこで、微視的破壊力学モデルを開発し、更に、それらを実構造物の破損現象の連続体力学解析に融合させるオブジェクト指向ネットワーク計算システムとして編成することを狙っている。具体的には、実構造物の微視的/巨視的損傷評価計算スキーム、実用黒鉛や炭化ケイ素の微細組織画像解析、微視破壊力学モデルによる多結晶黒鉛の構成関係式と破壊強度統計予測について記した。
浜田 省三; Y.C.Zhang*; 三輪 幸夫; 八巻 大樹
Radiation Physics and Chemistry, 50(6), p.555 - 559, 1997/00
被引用回数：9 パーセンタイル：59.76(Chemistry, Physical)オーステナイトステンレス鋼をトリプルビーム照射して、微細組織に及ぼすトリプルビームの照射効果を調べた。照射は12MeV Ni,35keV H及び1MeVのHeのトリプルビームを用いて、300~400Cで同時照射によって行った。照射後クロスセクション法により薄膜試料を作製し、透過電子顕微鏡観察に供した。観察の結果、トリプルビーム照射領域とそうでない領域では、転位ループの数密度に大きな差が見られた。すなわち、トリプルビーム照射された領域での転位ループの数密度は、Niイオンによりはじき出し損傷のみを受けた領域でのそれと比べて、同程度の損傷量であるにも拘らず、かなり低い。このことから、比較的低い温度でトリプルビーム照射したオーステナイト鋼では転位ループの成長・移動が促進されることが考えられる。
荒井 長利
原子力工業, 42(6), p.24 - 27, 1996/00
原子力用計算科学における基盤技術総合研究(クロスオーバー研究)として、「原子力用構造物の巨視的/微視的損傷の計算力学的解析法の開発とその応用」をテーマとする研究を動燃、金材研、理研と共同して平成6年度より開始した。本発表では原研が担当する標記サブテーマについての研究基本計画とこれまでの進捗結果の概要を紹介する。本研究は、多孔質多結晶材料の損傷メカニズムが微細組織(結晶粒子と細孔の複合体)の変化(微視き裂の成長)として理解することを基本として、その物理的モデルを開発し、さらに、それらを実構造物の破損現象の解析評価に融合させるオブジェクト指向ネットワーク計算システムとして組上げることを狙っている。内容的には、実構造物の微視的/巨視的損傷評価計算スキームと破壊プロセスの微視破壊力学モデルの検討状況を記した。後者については黒鉛の引張り破壊確率計算モデル、低サイクル疲労破壊モデルについて述べると共に、材料表面の画像解析による細孔寸法の統計分布を例示した。
CB.J.Marsden*; 荒井 長利; R.Charles*
Proc. of meeting: Open Discussion on Current Issues in Nuclear Graphite and Carbon Topics, 0, 1 Pages, 1996/00
英国AGRや原研のHTTRに用いられる減速材用黒鉛の照射寸法変化挙動を、それぞれの黒鉛の微細組織(結晶子と気孔)の物理的構成と変化を考慮した解析モデルによる検討を、英国AEA Technologyと共同して行った。このモデルにより広範囲の照射データを分析し、特に気孔率変化の相異を明らかにすることを目的とした。この論文では、モデルの定式上の問題を評価するとともに、ギルソナイト黒鉛、異方性PGA黒鉛のデータ分析を重点的に論じた。この結果、結晶子の体積変化が無いとする簡略化は適切でないこと、モデルの基本データとなる黒鉛結晶(HOPG)の照射変化を再吟味する必要があること、など解析モデルの一般化のための検討課題が明確になった。
