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論文

Cavitation damage prediction for the JSNS mercury target vessel

直江 崇; 粉川 広行; 涌井 隆; 羽賀 勝洋; 勅使河原 誠; 木下 秀孝; 高田 弘; 二川 正敏

Journal of Nuclear Materials, 468, p.313 - 320, 2016/01

BB2014-2665.pdf:3.4MB

 被引用回数:6 パーセンタイル:38.13(Materials Science, Multidisciplinary)

J-PARCの核破砕中性子源(JSNS)水銀ターゲット容器は、陽子線入射励起圧力波により励起されるキャビテーションによる損傷を受ける。キャビテーションによる損傷は、容器の構造健全性を低下させるため現在のところ容器の交換寿命を決める支配因子となっている。圧力波及びキャビテーションによる損傷を低減するためには、水銀中にガスマイクロバブルを注入することが効果的な手法である。JSNSでは、ガスマイクロバブルを注入するためのシステムを2012年10月に設置し、レーザードップラー振動計を用いて容器の振動をモニタリングすることによって水銀中へのバブル注入の効果をした。その結果、振動速度は気泡注入量の増加に伴って減少することを確認した。また長期間の運転では、気泡注入によって平均でバブル注入無しの1/4程度の振動速度を維持した。

論文

Positronium bubble oscillation in room temperature ionic liquids; Temperature dependence

平出 哲也

Journal of Physics; Conference Series, 618(1), p.012004_1 - 012004_5, 2015/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:18.7

ポジトロニウム(陽電子と電子の結合状態)は物質中で負の仕事関数を持つため、液体中ではサブナノサイズのバブルを形成する。バブルが形成される際に、その大きさが安定するまでに、バブルの大きさの変化や振動が起こると考えられる。陽電子消滅法は、対消滅$$gamma$$線を検出することで行われる手法であるが、その時間分解能は100-200ピコ秒程度であり、通常短時間で起こる液体中のバブル形成過程は、計測された例がない。室温イオン液体中における陽電子消滅過程では不思議な現象が多く見られてきたが、最近、これらが、バブル形成に時間を要するためであることが明らかとなってきた。そこで、バブル形成時の振動などが計測できる可能性があり、実際に、バブルサイズに依存する、三重項ポジトロニウムの消滅率の振動として捕らえることに成功した。一方、この振動の周期や減衰は、サブナノスケールにおける動的粘弾性を示しており、室温イオン液体をはじめとする液体の新しい動的特性評価法となりえることを示しており、振動が温度依存することを示すことで、動的特性が反映されていることも確認した。

論文

Small gas bubble experiment for mitigation of cavitation damage and pressure waves in short-pulse mercury spallation targets

Riemer, B. W.*; Wendel, M. W.*; Felde, D. K.*; Sangrey, R. L.*; Abdou, A.*; West, D. L.*; Shea, T. J.*; 長谷川 勝一; 粉川 広行; 直江 崇; et al.

Journal of Nuclear Materials, 450(1-3), p.192 - 203, 2014/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:34.41(Materials Science, Multidisciplinary)

水銀ターゲットにおいて陽子線が入射して励起される圧力波と、それによって発生する容器のキャビテーション損傷に対するマイクロバブル注入の効果を調べるために、水銀ループを製作し、ロスアラモス研究所のWNR施設にて、パルス陽子線入射実験(米国中性子源の2.5MW相当)を行った。実験に先駆けて12種類の気泡発生装置の性能(半径150$$mu$$m以下の気泡半径分布と気泡含有率)を評価し、原子力機構が開発した旋回流型気泡発生装置及びオークリッジ研究所が開発したオリフィス型気泡発生装置を選定した。水銀流動条件、気泡注入条件、陽子線強度を系統的に変化させた19条件でそれぞれ100回の陽子線入射を実施し、陽子線入射に励起されるループの音響振動をレーザードップラー振動計とマイクロホンで計測すると共に、試験片の損傷を評価した。その結果、気泡含有率の増加と共に形成される損傷痕の深さが浅くなり、気泡含有率5$$times$$10$$^{-4}$$では、気泡無し時の約1/3になることを確認した。また、音響振動には損傷痕深さに対応した高周波数成分の減少が観測された。

論文

Hydrogen up-take in noble gas implanted W

永田 晋二*; 山本 春也; 徳永 和俊*; 土屋 文*; 藤 健太郎*; 四竃 樹男*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 242(1-2), p.553 - 556, 2006/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.48(Instruments & Instrumentation)

イオン注入は、材料表面の結晶構造・微細構造を変化させるとともに水素の吸蔵特性にも影響を与える。本研究では、単結晶金属へのガスイオン大量照射によりつくられる多孔質表面層における水素捕捉・放出機構について調べた。実験では、通常では水素をほとんど吸蔵しないタングステン(W)について、種々のイオン種(He, Ne, Ar, Kr, Xe)、加速エネルギーでイオン注入を行い表面構造,組成変化と水素捕捉・放出挙動への影響を調べた。実験の結果、イオン照射した試料表面層では、酸化物を伴った多孔質層の形成され、高濃度に水素が捕捉されることがわかった。また、水素の加熱再放出測定の結果から多孔質層における水素の捕捉は酸化物によるものではなく、注入ガスにより形成されたバブル,ブリスター,格子歪との相互作用が関係していることが明らかになった。

論文

Recrystallization behavior in SiC amorphized with He or Ne irradiation

相原 純; 北條 智博*; 古野 茂実*; 石原 正博; 沢 和弘; 山本 博之; 北條 喜一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 241(1-4), p.559 - 562, 2005/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.33(Instruments & Instrumentation)

TEM(透過型電子顕微鏡)観察用に調整した炭化硅素(SiC)試料がTEM内で30keVNeまたは4.5keVHeイオンで室温で照射され、引き続き1273Kで焼鈍された。NeとHeは注入希ガス原子の濃度を変えるために照射イオンとして選ばれた。これらのイオン種のエネルギーとフラックスは同じようなdpa深さプロファイルとdpa速度を得るためにTRIMの計算に基づき選ばれた。この条件では、同じピークdpaに対してHeのピーク濃度はNeの約5倍と見積もられる。Heで6.3dpa(ピーク)まで照射した試料では結晶核生成が観察されたが、Neで15dpa(ピーク)まで照射した試料では観察されなかった。すなわち、He照射の場合はNe照射の場合よりも少ないdpaで結晶核生成が起こった。注入した不活性ガスの濃度が結晶核生成挙動に影響を与えることがわかった。

論文

Irradiation effects on yttria-stabilized Zirconia irradiated with neon ions

北條 智博; 相原 純; 北條 喜一; 古野 茂実*; 山本 博之; 二谷 訓子; 山下 利之; 湊 和生; 佐久間 隆昭*

Journal of Nuclear Materials, 319, p.81 - 86, 2003/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:25.97(Materials Science, Multidisciplinary)

岩石型燃料の母材として注目されている安定化ZrO$$_{2}$$の照射特性を調べた。核分裂片による照射損傷は、高エネルギー領域で生じる電子励起による損傷と低エネルギー領域で生じる核的衝突による損傷の二種類に大きく分けることができる。この中で、材料の損傷は、核的衝突によるはじき出しが主と考えられている。そこで、原研が開発して、低エネルギーイオン加速器付設高分解能電子顕微鏡を用いて、加速電圧35keVのNe$$^{+}$$イオンを室温から1200$$^{circ}$$Cに加熱した上記材料に照射し、各温度による損傷形態の違いを明らかにした。その結果、Ne照射では、各温度領域で材料の非晶質化を観察することができず、対照射性が非常に高いことを明らかにした。さらに、同温度の重照射で、数nmのNeバブルが生じることを明らかにした。また、1200$$^{circ}$$Cの高温照射では、バブルは、大きく成長し数十nmに成長することを電顕その場観察法を用いて明らかにすることができ、この結果から、高温照射によるスエリング量を推定することが可能になった。

論文

Effect of simultaneous ion irradiation on microstructural change of SiC/SiC composites at high temperature

田口 富嗣; 若井 栄一; 井川 直樹; 野上 修平*; Snead, L. L.*; 長谷川 晃*; 實川 資朗

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1135 - 1140, 2002/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:29.36(Materials Science, Multidisciplinary)

SiC/SiC複合材料は、低放射化であるという特徴により、核融合炉の構造材料の候補材のひとつである。核融合環境下では、SiC中にHeやHという核変換ガス元素が生成する。これらの核変換ガス元素とはじき出し損傷が、SiC複合材料の組織及び形状安定性に及ぼす重畳効果は、1000$$^{circ}C$$以上の高温領域では検討されていない。そこで本研究では、化学両論比がほぼ1である先進SiC繊維(2種類:Hi-Nicalon Type S及びTyranno SA)を用いて、熱傾斜化学蒸着浸透法により作製した2種類のSiC/SiC複合材料の組織及び形状安定性に及ぼす、He,H及びSiの3種類のイオンの同時照射の影響を検討した。その結果、どちらの試料のSiCマトリクスでも、Heバブルが形成されていた。一方、SiC繊維では、Hi-Nicalon Type Sでは、Heバブルは形成されていたが、Tyranno SAでは、形成されていなかった。これは、Tyranno SAには、不純物として2wt%のAlが存在しているため、これが、注入されたHeやキャビティーの移動度を低下させたためと考えられる。また、これまでの材料で問題であった、繊維とマトリクスの界面での剥離は、本試料では観察されなかった。これは、先進SiC繊維の照射に対する優れた形状安定性のためである。

論文

Runaway current termination in JT-60U

玉井 広史; 芳野 隆治; 徳田 伸二; 栗田 源一; 閨谷 譲; Bakhtiari, M.; Khayratdinov, R. R.*; Lukash, V.*; Rosenbluth, M. N.*; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 42(3), p.290 - 294, 2002/03

 被引用回数:33 パーセンタイル:26.75(Physics, Fluids & Plasmas)

ディスラプション時に発生する逃走電子電流は、第一壁の損耗をもたらすことが懸念されている。そこで、JT-60Uにおいて、発生した逃走電子を遮断するために表面安全係数(q$$_{s}$$)を下げる方法を開発した。q$$_{s}$$が減少して、2または3となったときに発生する強い磁場揺動によって逃走電子電流が消滅することを実験的に明らかにした。その消滅機構として、プラズマ周辺部に形成される低温の磁気バブルによる磁気面の変形を通した逃走電子の閉じ込め劣化を考察した。また、磁場揺動に伴って放出される逃走電子のエネルギーによる第一壁の熱負荷と、逃走電子遮断時にバッフル板に流れるハロー電流の測定・解説結果から、本遮断方法では逃走電子による第一壁の損耗を低減できることを示した。

論文

Formation and migration of helium bubbles in Fe-16Cr-17Ni austenitic alloy at high temperature

小野 興太郎*; 荒河 一渡*; 大橋 正宏*; 倉田 博基; 北條 喜一; 吉田 直亮*

Journal of Nuclear Materials, 283-287(Part.1), p.210 - 214, 2000/12

 被引用回数:23 パーセンタイル:18.85(Materials Science, Multidisciplinary)

電顕付設イオン照射装置を用いて、オーステナイト鋼中のヘリウムバブルの形成過程をその場観察した。その結果、1~2nmのバブルは900$$^{circ}C$$以上で動き始め、ランダム運動をしながら合体・成長を行った。そのバブルの動きを測定し、この動きがブラウン運動であることを明らかにした。また、バブルの移動度に1100$$^{circ}C$$で1$$times$$10$$^{-19}$$~2$$times$$10$$^{-18}$$m$$^{2}$$/sであることがわかった。さらに、バブル近傍をEELS測定した結果、バブル表面にオーステナイトの構成元素の内、Niが偏析していることをつきとめた。

論文

Observation of electron bubbles in para-H$$_{2}$$-D$$_{2}$$(HD) mixtures by high-resolution ESR spectrosocpy

熊田 高之; 森 昇治*; 熊谷 純*; 荒殿 保幸; 宮崎 哲郎*

Journal of Physical Chemistry A, 103(45), p.8966 - 8968, 1999/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:59.41(Chemistry, Physical)

固体パラ水素(p-H$$_{2}$$)中に捕捉されたラジカル種のESRスペクトルは、マトリックス中の核スピンによる局所的な磁気摂動がないために、高感度、高分解能で測定される。われわれはこのような特徴を生かして、$$gamma$$線照射した固体para-H$$_{2}$$-D$$_{2}$$(HD)混合系中に、高感度、高分解能のエレクトロンバブルのESRスペクトルを得ることに成功した。このエレクトロンバブルは、para-H$$_{2}$$中のD$$_{2}$$(HD)の濃度が大きいほど多くの収量が得られ、逆にこれらの同位体不純物を含まない純粋なpara-H$$_{2}$$中では観測されない。以上のことから、エレクトロンバブルは固体中のD$$_{2}$$(HD)が作るひずみにトラップされていると考えられる。また、減衰速度が温度にほとんど依存しないことから、量子力学的トンネリングにより拡散、消滅していることが示唆される。

論文

Damage accumulation in Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ during H$$_{2+}$$ or He$$^{+}$$ ion irradiation

笹島 尚彦*; 松井 恒雄*; 古野 茂実*; 北條 喜一; 大津 仁*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 148(1-4), p.745 - 751, 1999/00

 被引用回数:31 パーセンタイル:10.33(Instruments & Instrumentation)

200KV電顕付設イオン照射装置を用いて、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$に水素またはHeイオンを照射し照射損傷過程を観察した。水素イオン照射では、673K以下では、照射欠陥及びバブルは均一に分布し、照射量の増加にともない数密度が増加した。923K以上の高温で水素バブルが照射欠陥(ループ)中心部に集中して発生することを初めて見いだした。またHeイオン照射ではすべての照射温度で、照射欠陥及びバブルは均一分布を示した。

論文

日本原子力研究所と産業界の共同研究

石川 勇

Radioisotopes, 46(9), p.657 - 663, 1997/09

RI・放射線の産業利用の現状を把握し、利用の活性化及び標準化を図るために、日本アイソトープ協会理工学部会内に設けられた「放射性同位元素等の産業利用専門委員会」で討論された資料とともに、原研における産業界との共同研究の現状を紹介し、多くの人の理解を得る資料である。内容は、外部の人が原研の施設や制度を利用するための情報と利用開発室における産業界との共同研究の実施例として、(1)非破壊検査に関する事例、(2)放射線応用計測法に関する事例、(3)トレーサ利用技術に関する事例について紹介する。

論文

In-situ observation of Brownian motion of helium bubbles along grain boundaries in aluminium

小野 興太郎*; 古野 茂実; 金光 慎吾*; 北條 喜一

Philos. Mag. Lett., 75(2), p.59 - 64, 1997/00

 被引用回数:20 パーセンタイル:23.33(Materials Science, Multidisciplinary)

ヘリウムイオンをアルミニウムに照射するとバブルが形成される。そのバブルの高温での挙動を電子顕微鏡でその場観察した。今回は結晶粒界に形成されたバブルの粒界面に沿っての運動を連続観察し、解析した結果、ブラウン運動であることを明らかにした。さらに、運動の目安を示すバブル移動の拡散係数として、560$$^{circ}$$Cでの直径2.3nmのバブルについて、5.6$$times$$10$$^{-18}$$m$$^{2}$$s$$^{-1}$$という値を得た。この値は結晶粒内を運動しているバブルの値の数十倍であった。

論文

In-situ observation of the motion and growth of He bubbles in matrix and along grain boundaries in Al

小野 興太郎*; 古野 茂実; 北條 喜一; 北野 保行*

Microstructures and Functions of Materials (ICMFM 96), 0, p.273 - 276, 1996/00

アルミニウム中の結晶粒界でのヘリウムバブルの移動挙動を電子顕微鏡その場観察で調べた。バブルは粒界転位に沿って一次元的移動をすること、また大傾角粒界上でのバブル移動の拡散係数は粒内のそれの10倍以上であることを明らかにした。

論文

In situ TEM study of radiation effect of spinel (MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$) during helium- and xenon-ion irradiations

笹島 尚彦*; 松井 恒雄*; 古野 茂実; 北條 喜一; 大津 仁*; 室村 忠純; 出井 数彦*

Proc. of Int. Conf. on Microstructures and Functions of Materials (ICMFM 96), 0, p.265 - 268, 1996/00

Pu岩石型燃料の核分裂片および$$alpha$$粒子による損傷挙動を調べるために、候補母材の一つであるスピネルを対象にHeおよびXeイオン照射を行い、損傷挙動をその場観察で調べた。照射により、バブルが形成され、また非晶質化が生じることを明らかにした。さらにバブル形成によるスエリングを評価し、0.06~0.3%になることを示した。

論文

In-situ observation of damage evolution in TiC crystals during helium ion irradiation

北條 喜一; 大津 仁; 古野 茂実; 出井 数彦*; 塚本 哲生*

Journal of Nuclear Materials, 212-215, p.281 - 286, 1994/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.68(Materials Science, Multidisciplinary)

TiC結晶にヘリウムイオンを照射し形成された照射欠陥形成挙動を100Kから1500Kの試料温度範囲でその場観察した。イオン照射は400kV電顕付設のイオン加速器を用いて、加速電圧20kVのヘリウムイオン(2.5$$times$$10$$^{14}$$/cm$$^{2}$$・s)で行った。その結果、100Kから1300Kまでの温度範囲では、ヘリウムバブルは数nm以上成長しないことを明らかにした。又、100KでもTiC結晶は非晶質相が形成しないことを示した。さらに、焼鈍実験の結果、多量のヘリウムがTiC中に蓄積していることも明らかにできた。バブル成長は1400K前後で始まり、1500K以上で促進することも明らかにできた。

論文

Angular correlation of positron annihilation radiation in perfluorohexane mixtures with nonpolar liquids

O.E.Mogensen*

J. Phys. IV, 3(C4), p.1 - 15, 1993/09

陽電子消滅角度相関によって、無極性溶媒中ではC$$_{6}$$F$$_{14}$$は陽電子と反応するが、C$$_{6}$$F$$_{6}$$は反応しないことを明らかにした。また、Ps(ポジトロニウム)バブルの表面を形成する分子について新しいモデルを提唱した。

報告書

Studies of waste form and buffer material performance at Japan Atomic Energy Research Institute

馬場 恒孝; 三田村 久吉; 香西 直文; 稲垣 八穂広*

JAERI-M 93-116, 15 Pages, 1993/06

JAERI-M-93-116.pdf:0.84MB

原研における高レベル放射性廃棄物固化体及び緩衝材に関する最近の研究は、次の3つに大別できる。(1)ガラス固化体の微細構造に及ぼす放射線照射の影響(特に$$alpha$$崩壊による影響)に関する研究。(2)キュリウム添加試料を使用したシンロック固化体の放射線損傷に関する研究。(3)緩衝材候補としてのベントナイトの主成分の一つであるスメクタイトへのネプツニウムの収着挙動に関する研究。

論文

In-situ observation of an austenitic stainless steel weld joint during helium irradiation

浜田 省三; 北條 喜一; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 205, p.219 - 224, 1993/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:60.79(Materials Science, Multidisciplinary)

ヘリウムイオン照射下でのJPCA溶接継手の微細組織変化を調べた。実験に用いた試料は10%$$delta$$フェライト相を含むJPCAのTIG溶接継手の溶接金属部である。これを500$$^{circ}$$Cで電子顕微鏡内でヘリウムイオン照射し、その場観察を行った。照射を開始してまもなく$$delta$$相と母相の両者に微小なバブルが高密度で生じた。$$delta$$相中のバブルは照射が進むにつれ、成長しついには合体を始めた。一方、母相内のバブルの挙動は$$delta$$相のそれに比べて逆の傾向を示した。また、$$delta$$相の界面では照射が進むにつれ、照射促進変態により$$delta$$$$rightarrow$$$$sigma$$変態を生じた。この$$sigma$$相の組成は熱時効で形成された$$delta$$相に比べてCrとMoが富化し、FeとNiが欠乏していた。これらの結果から、多量のヘリウムイオンの注入は$$delta$$フェライト相でのバブルの成長ならびに$$delta$$$$rightarrow$$$$sigma$$変態を促進することが明らかになった。

論文

In-situ observation of the migration and growth of helium bubbles in aluminum

小野 興太郎*; 古野 茂実; 北條 喜一; 紀 隆雄*; 出井 数彦*; 高岡 修*; 久保 昇*; 水野 薫*; 伊藤 一義*

Journal of Nuclear Materials, 191-194, p.1269 - 1273, 1992/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:16.34(Materials Science, Multidisciplinary)

金属中のヘリウムバブルの成長と移動の機構を調べるため、Heイオンを照射したAlの焼鈍実験を行った。670K以上の温度でバブルの密度の減少と直径の増加が認められるようになった。この間バブルの合体および消滅等も観察された。バブルの移動については、移動距離の平均2乗が移動時間に比例すること、833Kでのバブル移動の拡散係数は直径に依存し、4~12nmにわたって変化すると、拡散係数は10$$^{-14}$$から10$$^{-16}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$にわたって変化することなどの結果を得た。これらの結果に基いて、Al中のヘリウムバブルの移動の拡散係数の直径および温度依存性を解析し、バブルの移動機構を検討した。また結晶粒界に沿っての移動度は粒内よりも大きいことを認めた。

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