東海ホットラボにおける高温工学試験研究炉用材料の照射後試験

木崎 實; 本田 順一; 宇佐美 浩二; 大内 朝男*; 大枝 悦郎; 松本 征一郎

JAERI-Tech 2000-087, 50 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-087.pdf:2.78MB

東海ホットラボでは、四半世紀以上にわたって高温工学試験研究炉用燃料・材料の研究開発のための照射後試験を実施してきており、被覆粒子燃料,アロイ800H,圧力容器鋼材等の開発や選定、安全審査・設計工事認可対応に有用なデータを提供してきた。本報は、HTGRからスタートして最終的にHTTRに至る開発に伴って実施してきた材料関連照射後試験の技術的変遷と試験成果をまとめたもので、高温引張試験,クリープ試験,シャルピー衝撃試験,弾塑性破壊靱性(J)試験,動的破壊靱性(K)試験,スモールパンチ試験,電気化学的腐食試験等について開発整備してきた試験装置,遠隔操作技術,評価技術,及び,耐熱・耐圧材料の高温照射脆化の特徴,さらには、これら材料の研究開発やホットラボ技術の進展への寄与等を概説する。

過渡熱応力リアルタイムシミュレーションコードPARTSの開発Program for Arbitrary Real Time Simulation (1)プロトタイプの設計

笠原 直人; 井上 正明

PNC TN9410 95-211, 32 Pages, 1995/08

PNC-TN9410-95-211.pdf:1.54MB

高速炉機器構造の支配荷重である熱応力を最小とする優れた構造形状および運転法を探索するため、構造設計基準の基本思想である「解析による設計(Design by Analysis)を、系統設計をも視野に入れ高温構造システム全体に適用した、新しい設計体系の確立を目指している。その中核となるのが熱・流体・構造の複合現象である熱過渡現象を統合評価する新しい解析法の開発である。このため、複数コードの柔軟な連携と、従来型の詳細コードに比べ3ケタ以上の高速計算を目標とする過渡熱応力リアルタイムシュミレータPARTS(=Program for Arbitrary RealTime Simulation)のプロトタイプ設計と試作を行った。複数コード連携は、(1)熱・流体高速計算、(2)構造温度・応力高速計算、(3)ひずみ・強度高速計算の3種類の独立した計算部品(オブジェクト)と、部品を自由に組み合わることが可能なワークベンチによって実現を図る。高速計算は、各部品計算の並列処理、およびニューラルネットワークによる既計算結果からの結果予測機能より達成する。計算部分のプログラムには、オブジェクト指向言語SmalltalkおよびC++を使用した。またワークベンチはユーザカスタマイズが容易となるように業界標準のVisualBasicとVisualSmalltalkにより作成した。これらを組み合わせた試作コードによって、部品間の連携計算が容易に行なえることを確認した。今後は、ネットワークで接続された多数の計算機を協調動作させる分散オブジェクト技術を利用した、部品計算の並列処理機能と、ニューラルネットワークによる推論部品を付け加えることにより平成8年度までにプロトタイプを完成させ、熱応力緩和構造研究へ適用を図っていく計画である。

JT-60U用BC被覆C/C材の高熱負荷試験

中村 和幸; 秋場 真人; 鈴木 哲; 横山 堅二; 大楽 正幸; 安東 俊郎; 神保 龍太郎*; 西堂 雅博; 深谷 清; H.Bolt*; et al.

JAERI-M 92-052, 41 Pages, 1992/04

JAERI-M-92-052.pdf:4.3MB

JT-60U用第一壁として三種類のBC被覆C/C材の使用が検討されている。JT-60Uでは、第一壁は通常運転時には数十MW/m、ディスラプション時には数MJ/mもの高い熱負荷を受けると予想されているので、使用に当たってはそれら被覆材料の耐熱特性を十分に研究しておく必要がある。耐熱特性試験は、原研NBI加熱研究室の高熱負荷試験装置、JEBISを用いて、5~40MW/m、5sおよび550MW/m、5~10msの二種類の照射条件で行った。その結果、BCをコンバージョンで被覆した材料の密着性が、CVDおよびプラズマスプレーで被覆した材料のそれよりも優ることが明らかになった。照射後試料の表面分析も、併せて行った。

海外出張報告書-米国ブラウン大学化学部における在外研究

河村 和広

PNC TN8600 92-001, 86 Pages, 1992/01

PNC-TN8600-92-001.pdf:4.7MB

米国ブラウン大学化学部Aaron Wold教授の研究室で,噴霧熱分解法を用いシリコン板上に酸化ジルコニウム膜を付ける実験を行い,膜特性を評価した。噴霧熱分解法の特徴は超音波振動で原料溶液を霧化させるため原料の揮発性に関係無く炉内へ原料を供給でき,大気圧中比較的低温(500程度)で熱分解させることができるとともに緻密で良好な特性を持った各種の膜を作製できることである。本研究では,原料溶液としてジルコニウムアセチルアセトネートのエチルアルコール溶液を使用し,熱分解後シリコン板上で成長した非晶質膜を酸素中で焼成(800)し,結晶化させた。膜付け,焼成のプロセスを繰り返すことにより厚膜を作製した。原料中の不純物問題,均一な膜付けのための最適条件探し,膜の割れ問題,原料供給部の管閉塞など数々の問題を解決し,最高3mの膜割れの無い均質な膜を作製できた。一年間の研究生活を通して習得した事項としては,1徹底した再現性の確認,2一歩一歩研究を進めていくやりかた,3産業界のニーズをとらえた研究テーマの選定,4論文化を念頭においた実験の進め方,5研究・発表の指導法,6研究コストの認識などがあげられる。材料製造技術としては,膜付け技術を習得することによりバルク材料に無い耐熱性,耐食性をもった材料の開発,廃棄物処理法への適用などを検討できるようになり,幅広い技術分野を見渡せるようになった。また二次出張(米国原子力学会,米国材料学会)では,アクチニド回収・核変換技術開発,処分技術開発の現状を知ることができた。米国で生活して米国を内側から知れただけでなく,日本についても再認識できた。また同じ研究室にいた中国人,韓国人と接することでアジアを知るきっかけともなった。これらの経験を今後の研究開発,生活に生かしていきたいと思う。

超耐熱性材料製造への放射線の利用

瀬口 忠男

放射線と産業, 0(54), p.16 - 21, 1992/00

放射線利用による新材料開発の一例として、有機ケイ素高分子であるポリカルボシラン繊維から超耐熱性炭化ケイ素繊維を合成する技術開発について解説した。

3.3,SiC繊維の放射線照射による耐熱性の向上

瀬口 忠男; 岡村 清人*

無機高分子,1, p.100 - 108, 1992/00

ケイ素系高分子の繊維から炭化ケイ素系セラミック繊維を製造するプロセスに放射線利用する研究開発と、放射線利用で得られたセラミック繊維の耐熱性向上について解説した。

電子合金理論に基づく超耐熱構造材料の材料設計(II) 材料設計及び特性評価

湯川 夏夫*; 森永 正彦*; 斉藤 淳一*; 加藤 直人*; 一色 泰志*

PNC TJ9623 92-001, 81 Pages, 1991/07

PNC-TJ9623-92-001.pdf:6.46MB

(目的)開発中の高温Li用材料であるNb基合金及びMo基合金について、簡便な方法で高温引張強度の類推が可能な方法を開発すると共に、液体金属中での耐食性等を明らかにする。(実験方法) 高温引張強度については、始めに実用合金に関する文献で室温高温の硬さと引張強度を調べ、次に新たに溶製した合金を用いて1200度Cまでの硬さを測定した。 液体金属中での耐食性については、昨年度の設計合金に対する650度CでのNa浸漬試験を行い、試験前後の重量変化、組織変化、成分変化ならびに文献からの合金元素の酸化物とナトリウムの酸化物との生成自由エネルギーなどから、腐食量、Na浸漬中の溶出元素等を調べ、また初めての試みとして、Li、K、Naなど液体金属中の原子状の溶出元素の電子構造、イオン性などの解析をd電子論に基づいて行った。(結果) 実用合金の調査から、室温1200度Cで硬さと引張強度の間には良好な直接関係があることをまず明らかにし、次にこの関係を利用して測定で得た硬さから高温時の引張強度の簡易的予測が可能な式を導出した。 液体金属中の耐食性については、Na中ではNb基合金はその合金元素であるNbとTaが酸化されるために腐食され易いが、Mo基合金はその合金元素の酸化が起こらないために腐食され難く優れた耐食性を示した。d電子論に基づく解析からは、Li、K、Naの各液体金属の中ではLiが溶出した原子状の元素と最も強く結合するなどの新たな知見を得た。 これらの他に、合金の硬さは母金属と添加元素の原子半径差またはヤング率差に依存すること、合金の密度は添加元素の純金属の密度で整理が可能なこと、昨年の設計合金は1200度Cで良好な相安定性を示すこと、などを明らかにした。

SiC系繊維の高温強度改善とSiN繊維の合成

岡村 清人*; 下尾 聰夫*; 瀬口 忠男

セラミックデータブック1991, p.292 - 297, 1991/00

炭素ケイ素系繊維の高温強度を向上させる方法として、プリカーサー繊維のポリカルボシラン繊維を電子線照射することにより、低酸素濃度の不融化を行ない、1700Cに耐えるSiC繊維を開発した。また、電子線照射したポリカルボシラン繊維をアンモニア中で焼成することにより、窒化ケイ素繊維を合成した。これらの製造方法と繊維の特性を明らかにした。

Ni基耐熱合金のヘリウム中の高温酸化におよぼすMn,Siの影響

新藤 雅美; 近藤 達男

鉄と鋼, 10, p.150 - 159, 1982/00

http://joi.jlc.jst.go.jp/JST.Journalarchive/tetsutohagane1955/68.10_1628

1000Cの高温ガス炉の冷却材近似のヘリウム中でハステロイX合金の耐酸化性におよぼすMu、Si含有量の影響を調べた。低酸化ポテンシャルで特色づけられるこのような雰囲気中では両元素は酸化速度と被膜の密着性に重要な影響をおよぼすことがわかたった。以下に得られた結果を述べる。1)Mnに関してはMn含有量が1.32%までのところMu含有量が多いほど耐酸化性が良くなる。Mu含有量の増加にともなってCrOの外側に形成されるMnCrOのスピネル酸化層の占める割合が増し、合体としては被膜の厚さは薄くなる。2)Siの添加の場合もMuの効果と同様に、1.02%までSi含有量の増加にともなって耐酸化性が良くなる。しかし被膜の密着性は0.3%程度がもっとも良く、それより多くても少なくても被膜のはく離感受性が増す。

最近の熱交換器に関する文献調査とHTGR用熱交換器の開発上の問題点

山尾 裕行*; 岡本 芳三; 佐野川 好母

JAERI-M 7034, 128 Pages, 1977/04

JAERI-M-7034.pdf:4.1MB

高温ガス冷却炉(High-Temperature Gas-Cooled Reactor)は、従来の原子炉と比較して著しく高温であり、そのような環境のもとで使用される熱交換器の開発には、かつて経験しなかった多くの新しい問題点が生じている。NSA(Nuclear Science Abstracts)に掲載された過去10年間の熱交換器に関する文献索引を利用し、その開発上の問題点を抽出し、検討を行なった。文献を、炉型、熱交換器の型式、国別、冷却材、研究テーマの種類、の各項目について分類した。その結果、炉型としては世界的には、LMFBRとHTGRと軽および重水炉用の開発に重点がおかれていることが明らかになった。一方、HTGR用熱交換器の開発研究は、耐熱材料、腐食に関するテーマのものが、他の炉に比べて多くなされており、また、水素透過防止は、多目的高温ガス炉では重要な課題であることが認識された。