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論文

高温ガス炉における黒鉛構造物

石原 正博

セラミックス, 39(10), p.834 - 837, 2004/10

高温ガス炉は、燃料に耐熱性に優れた被覆燃料粒子,減速材に黒鉛,冷却材にヘリウム(不活性ガス)を使用していることから、高い固有の安全性の確保,高い燃焼度の達成及び高いプラントの熱効率の達成が期待でき、ヘリウムガスタービンを用いた高い熱効率発電炉,核兵器解体余剰プルトニウムの燃焼炉や水素製造,地域熱供給等の核熱利用を目指した高温ガス炉の検討が進められている。これらの実用化を進めるには、燃料,材料の高性能化が重要な課題の一つとなっている。そこで、本報告では耐熱性材料である黒鉛材料及び炭素繊維強化炭素複合材料について、研究開発の現状について紹介するとともに、今後の研究開発の展望について述べた。

論文

超音波を用いた圧力容器鋼材の照射脆化診断法の技術開発

石井 敏満; 大岡 紀一; 星屋 泰二; 小林 英男*

KURRI-KR-62, p.29 - 41, 2001/03

原子力発電プラントの寿命延長により、炉内に装荷されている圧力容器監視試験片の不足が予想される。このため、試験片を再利用し、長期にわたる監視試験データを得るために、非破壊評価方法の適用が検討されている。ホットラボ課では、超音波を用いた圧力容器鋼材などの照射脆化診断法の技術開発を進めている。これまでに、原子炉圧力容器用A533B-1鋼材,不純物Pの含有量を低く調整したA533B-1鋼材及びサブマージアーク溶接材の3種類の材質からなる衝撃試験片をJMTRで照射した後、遠隔操作による超音波測定を行い、照射材中の音速及び減衰率の変化を求めた。その結果、全ての照射材で音速が低下し、減衰率が上昇する傾向が得られた。また、音速低下は照射材のヤング率の低下に起因することが予想された。さらに、シャルピー吸収エネルギーの41Jレベル遷移温度のシフト量増大に対して音速が低下し、減衰率が上昇する傾向が得られた。

報告書

炭素繊維の加熱処理にともなう引張特性とX線パラメータの変化

斎藤 保; 馬場 信一; 衛藤 基邦

JAERI-Research 99-070, p.21 - 0, 2000/01

JAERI-Research-99-070.pdf:1.32MB

次世代の高性能材料の一つとしてC/C複合材料は原子力の分野でも注目されている。この材料のもつ軽量で機械的強度が高く、優れた熱特性を示すという利点は主原料となる炭素繊維の特性を生かしたもので、繊維を改良することによりC/C材の機能性をさらに高めることができる。本研究は炭素繊維の高性能化に必要な基礎データを得ることを目的としたもので、繊維の引張特性に及ぼす加熱処理温度の影響を検討した。最高2800$$^{circ}C$$までの所定の温度で加熱処理したPAN系繊維について引張強度とヤング率の変化を測定し、同繊維の熱処理にともなう結晶構造の変化との関係を検討した。その結果、炭素繊維のヤング率の増加を結晶子の配向性の変化と関連づける既存のモデルを改良したほか、繊維の破断強度の低下に及ぼす結晶成長の影響について論じた。

報告書

Effect of thermal annealing on property changes of neutron-irradiated non-graphitized carbon materials and nuclear graphite

松尾 秀人

JAERI-M 91-090, 15 Pages, 1991/06

JAERI-M-91-090.pdf:0.47MB

非晶質炭素及び原子炉用黒鉛材料を1128-1483Kで中性子照射した後2573Kまでの各温度で熱処理して寸法、密度、電気比抵抗、ヤング率、熱膨張率の変化を調べた。炭素材料は原子炉用黒鉛材料に比較して照射によってより大きくて、また異方的な寸法収縮挙動を示した。この寸法収縮量は、1773Kから2023Kまでの熱処理温度で減少したが、それ以上の温度では僅かに増加した。これに対して、照射した原子炉用黒鉛材料を熱処理した場合は、寸法、密度、熱膨張率は殆んど変化しなかったが、電気比抵抗やヤング率は熱処理温度が高くなるにしたがって次第に減少した。これらの実験事実から、非晶質炭素材料と原子炉用黒鉛材料の寸法変化挙動には著しい違いがあることがわかった。

論文

原子炉用黒鉛および炭素材料の照射損傷; 高温照射ならびに熱処理による寸法と物理的性質の変化

松尾 秀人

炭素, 0(150), p.290 - 302, 1991/00

本論文は、原子炉用黒鉛材料および炭素材料、主として石油コークス系微粒等方性黒鉛材料IG-110と炭素材料ASR-ORBを中心にして、それらの照射および熱処理効果についてまとめた総合論文である。JMTR、JRR-2、HFRなどで550~1335$$^{circ}$$Cで最高6.8$$times$$10$$^{25}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)まで照射した後、寸法、熱膨張率、熱伝導度、電気比抵抗、ヤング率などの測定結果、ならびに照射前後に熱処理してこれらの特性変化を調べたこれまでの報告を総合的にまとめ、照射効果と結晶性との関係や照射欠陥のモデルと特性変化との関係について考察した。

論文

耐放射線エラストマーに関する研究,1; エチレン-プロピレンゴムに対する耐放射線付与添加剤の効果

伊藤 政幸

マテリアルライフ, 2(3), p.156 - 161, 1990/07

非酸化環境の照射下で使用される耐放射線性エラストマーを開発することを目的として、生ゴムにエチレン-プロピレンゴムを選び、反応性の架橋防止剤であるスミライザーGMとエネルギー移動型の耐放射線付与剤であるプロピルフロランセンの添加による耐放射線性能の改善を試みた。2MeVの電子線加速器を用いて最大11.36MGyの線量まで照射し、室温で機械的性質を測定した。その結果、これらの添加剤の配合比を変えても照射に伴う破断強度と破断伸びの低下の抑制には顕著には働かないが、20%モジュラス、ヤング率の使用者に伴う上昇を抑制し、両添加剤の量を増やせば更にその効果が高くなることがあきらかになった。

報告書

OGL-1高温照射黒鉛ブロックの特性変化

松尾 秀人; 湊 和生; 今井 久

JAERI-M 90-009, 24 Pages, 1990/02

JAERI-M-90-009.pdf:0.9MB

高温工学試験研究炉(HTTR)の炉心用黒鉛材料IG-110の諸特性に対する高温照射効果は、JMTR、JRR-2およびHFR等でのキャプセル照射実験によってかなり明らかにされてきている。しかし、実際の炉心黒鉛ブロックでは温度や中性子照射量がブロックの位置によって異なり、発生した照射および熱応力が照射効果に影響することも考えられる。このため大型黒鉛ブロックの諸特性の照射効果を明らかにするための一つの方法として、OGL-1で照射した第4次~第7次黒鉛ブロックから試験片を採取し、熱膨張率、電気比抵抗、ヤング率等の特性変化を調べ、小型試験片の照射効果と比較した。熱膨張率の照射による変化傾向は小型試験片の照射効果と必ずしも一致しないがその照射による変化量は小さく、小型試験片の特性値の変動内であった。また、電気比抵抗やヤング率は小型試験片の場合と類似した変化傾向を示した。

論文

Irradiation creep properties of a near-isotropic graphite

奥 達雄; 藤崎 勝夫; 衛藤 基邦

Journal of Nuclear Materials, 152, p.225 - 234, 1988/00

 被引用回数:9 パーセンタイル:31.01(Materials Science, Multidisciplinary)

高温ガス冷却炉用準等方性黒鉛(SM1-24)の照射クリープ試験を900$$^{circ}$$C付近でJMTRを用いて2回実施した。照射量は試験片の位置によって異なり、5.50$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)から12.4$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)までにわたっていた。照射前後の無負荷試験片及び引張り型クリープ試験片の寸法変化を測定することにより、クリープひずみを応力と照射量の関数として整理した。照射クリープひずみは応力に比例し、照射量の大きいところで照射量にも比例する。照射クリープ係数は照射前ヤング率に逆比例し、KE$$_{0}$$=0.247となった。ここで、Kは照射クリープ係数、E$$_{0}$$は照射前ヤング率である。2回の照射クリープ試験における平均の照射前ヤング率の値から、クリープ係数は3.03$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{9}$$(MPa/m$$^{2}$$)$$^{-}$$$$^{1}$$、3.18$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{9}$$(MPa/m$$^{2}$$)$$^{-}$$$$^{1}$$となった。無負荷試験片とクリープ試験片の水銀気孔径分布を測定することにより、照射クリープの機構について考察を加えた。

論文

Irradiation-induced property changes of thermally oxidized nuclear graphites

松尾 秀人; 藤井 貴美夫; 今井 久

Journal of Nuclear Materials, 152, p.283 - 288, 1988/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:79.74(Materials Science, Multidisciplinary)

照射前に水蒸気酸化した2種類の原子炉用黒鉛材料の寸法、体積、密度、熱伝導度、熱膨張係数、電気比抵抗、及びヤング率などに及ぼす中性子照射の影響について研究した。照射前に酸化した試料及び酸化しない試料を800~1020$$^{circ}$$Cで最高6.6$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)まで照射し、諸性質の照射による変化を調べた結果、各性質の照射による変化率は照射前に酸化した場合と酸化しない場合では同じであることがわかった。

報告書

高温ガス炉用黒鉛材料の照射クリープ特性

奥 達雄; 藤崎 勝夫; 衛藤 基邦

JAERI-M 86-120, 24 Pages, 1986/08

JAERI-M-86-120.pdf:0.8MB

高温ガス炉用準等方性黒鉛(SM1-24)の照射クリ-プ試験を900$$^{circ}$$C付近で、5.50$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$~12.4$$times$$10$$^{2}$$$$^{4}$$n/m$$^{2}$$(E$$>$$29fJ)においてJMTRを用いて2回実施した。照射前後の無負荷試験片および引張り型クリ-プ試験片の寸法変化を測定することによって、照射クリ-プ係数(K)を求めた。無負荷試験片、クリ-プ試験片を用いて、水銀気孔径分布を測定し、照射クリ-プの機構について考察を加えた。照射クリ-プひずみは応力に比例し、照射量の大きいところで照射量にもほぼ比例する。照射クリ-プ係数は照射前ヤング率に逆比例しKE$$_{o}$$=0.247となる。2回のクリ-プ試験における平均の照射前ヤング率の値からクリ-プ係数は3.03$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{9}$$(MPa/m$$^{2}$$)$$^{-}$$$$^{1}$$, 3.18$$times$$10$$^{-}$$$$^{2}$$$$^{9}$$(MPa/m$$^{2}$$)$$^{-}$$$$^{1}$$となる。ここで得られた実験事実は照射下応力により結晶子内の底面すべりのピン止め因子としての2$$sim$$6個の格子間原子のクラスタ-が消滅すると言う照射クリ-プの機構に対する説明と矛盾しない。

論文

Effect of oxidation on physical properties of neutron irradiated nuclear grade graphite

松尾 秀人

Journal of Nuclear Materials, 138, p.222 - 226, 1986/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.91(Materials Science, Multidisciplinary)

黒鉛材料IG-11に中性子を照射後、最高27%の重量減少を生じるまで450$$^{circ}$$Cで空気酸化を行ない、熱伝導度、電気比抵抗、ヤング率に及ぼす空気酸化の影響について研究した。中性子照射により、空気酸化速度、電気比抵抗、ヤング率は増加し、熱伝導度は減少したが、その後の空気酸化によって電気比抵抗はさらに増加し、ヤング率や熱伝導度は減少した。これらの実験結果を解析した結果、中性子照射黒鉛の諸性質の空気酸化による変化傾向は非照射黒鉛の場合と同じであることが明らかになった。

報告書

高温ガス炉用黒鉛スリーブの熱サイクル試験

松尾 秀人

JAERI-M 85-162, 18 Pages, 1985/10

JAERI-M-85-162.pdf:1.33MB

多目的高濃ガス実験炉用候補材料IG-11の実寸大黒鉛スリーブに対して、急熱・自然冷却を繰り返して負荷した場合の耐熱衝撃性について調べた。内径36mm、外径46mm、長さ550mmの黒鉛スリーブを500$$^{circ}$$Cから2000$$^{circ}$$Cあるいは2200$$^{circ}$$Cまで平均昇温速度80$$^{circ}$$C/sで加熱した後自然冷却し、それぞれ最高500回、あるいは1000回加熱と冷却を繰り返して熱衝撃を負荷した後、寸法、電気抵抗、ヤング率の変化を測定した。熱衝撃負荷の初期には寸法は膨張し、電気抵抗やヤング率は減少したが、その後は熱衝撃負荷回数が増えてもほとんど変化しなかった。これらのことから、実寸大の黒鉛スリーブに急激な熱衝撃を繰り返して負荷した場合に黒鉛スリーブの諸性質は大きな変化を受けず、熱サイクル負荷に対する健全性は保たれることが明らかになった。

論文

Effect of oxidation on physical properties of nuclear grade graphites

松尾 秀人; 藤井 貴美夫; 今井 久; 黒沢 武

Journal of Nuclear Materials, 136, p.229 - 237, 1985/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:39.1(Materials Science, Multidisciplinary)

原子炉級黒鉛材料IG-11およびH451を723°Kの空気中ならびに1123°Kの水蒸気雰囲気で酸化し、熱伝導度,熱膨張係数,電気比抵抗,ヤング率等の変化を調べた。酸化により熱伝導度,熱膨張係数,ヤング率は減少し、電気比抵抗は増加したが、それらの変化傾向は酸化条件や材料の種類によって異なった結果が得られた。さらに、酸化による熱衝撃抵抗の変化についても調べ、それらの結果について考察した。

論文

Neutron and $$gamma$$-ray irradiation effects in composite organic insulators

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*; 萩原 幸

Journal of Nuclear Materials, 133-134, p.795 - 799, 1985/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:39.1(Materials Science, Multidisciplinary)

5種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ,カーボン/エポキシ,ガラス/ポリイミド,カーボン/ポリイミド,アルミナ/エポキシ)を5Kと室温で中性子照射したのち、3点曲げ試験を室温で行なった。ヤング率、せん断弾性係数、極限(破壊)強度、および破壊生長エネルギーについて解析した結果、ガラス繊維強化複合材料はカーボン繊維やアルミナ繊維強化複合材料と比較して、中性子による照射損傷が顕著であることがわかった。この結果は、Eガラス中のB$$_{2}$$O$$_{3}$$が中性子と反応し、$$^{1}$$$$^{0}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li反応により生成される高エネルギーの反跳粒子がガラス繊維とマトリックスの界面を破壊することを反映している。一方、$$^{6}$$$$^{0}$$Co-$$gamma$$線照射の場合にはこの反応が存在しないため、機械的強度の低下は相対的に小さい。77Kでの3点曲げ試験の結果についても報告する。

論文

Irradiation behaviors of nuclear grade graphite in commercial reactor, 3; Mechanical properties

松尾 秀人; 斎藤 保

Journal of Nuclear Science and Technology, 22(4), p.313 - 319, 1985/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:61.47(Nuclear Science & Technology)

実用炉で、220~400$$^{circ}$$Cの温度領域で二酸化炭素雰囲気で中性子照射した原子炉級黒鉛材料の曲げ強度、圧縮強度、およびヤング率を測定した。曲げおよび圧縮強度は2.3$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$、ヤング率は8.3$$times$$10$$^{2}$$$$^{1}$$n/cm$$^{2}$$の熱中性子照射量まで測定した。中性子照射により曲げ強度、圧縮強度、およびヤング率は増加した。曲げ強度および圧縮強度の変化はすべての照射温度領域でほとんど同じであったが、ヤング率の変化は照射温度によって異なる結果が得られた。曲げおよび圧縮強度($$sigma$$)はヤング率(E)と密接な関係があり、それらは$$sigma$$=KE$$^{n}$$で表されることがわかった。ここでnは定数であり、曲げ強度、圧縮強度、ならびにそれらの測定方向によって異なった値が得られた。

論文

Effect of heat treatment on physical properties of carbon material for use as thermal barrier in the VHTR(very high temperature gas-cooled reactor)

松尾 秀人; 斎藤 保

High Temperatures-High Pressures, 16, p.695 - 705, 1984/00

VHTRの炉床部断熱材料として使用される炭素質材料の諸性質の中で熱伝導度や高温圧縮応力下における寸法安定性は最も重要な性質であり、電気比抵抗,ヤング率,結晶構造パラメーターとともにこれらの諸性質の熱処理による変化について研究した。試料を3273°Kまでの温度で1時間,或は1273°Kで最高約5000時間熱処理し、寸法,かさ密度,熱伝導度,電気比抵抗,ヤング率,結晶構造パラメーターに対する熱処理の影響を調べた。さらに1273Kで最高27.9MPaの圧縮応力下で600時間熱処理し、寸法やかさ密度の変化を測定した。これらの実験によりさらに性能の良い断熱材料へ改良するためのデータを取得した。また、熱伝導度,電気比抵抗,結晶構造パラメーター等の相互関係や、それらの熱処理による変化について調べ、考察した。

論文

Neutron irradiation effects on the mechanical properties of organic composite materials

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*

Journal of Nuclear Materials, 126, p.152 - 159, 1984/00

 被引用回数:14 パーセンタイル:19.86(Materials Science, Multidisciplinary)

5種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ、カーボン/エポキシ、ガラス/ポリイミド、カーボン/ポリイミド、アルミナ/エポキシ)を5Kと室温で中性子照射したのち、3点曲げ試験を室温で行った。これらの複合材料のヤング率は5.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$(E$$>$$0.1MeVでは1.4$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$)の中性子照射(室温)を受けても変化しない。一方、せん断弾性係数と極限(破壊)強度は、ガラス/エポキシとガラス/ポリイミドの複合材料の場合に限りこの中性子フルエンスにおいて明らかに低下するが、他の複合材料の場合には全く低下しない。この結果は、Eガラス中のB$$_{2}$$O$$_{3}$$が中性子と反応し、$$^{1}$$$$^{0}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li反応により生成される高エネルギー反跳粒子がガラス繊維とマトリックスの界面を破壊するためであると結論される。5Kでの中性子照射では、最高1.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{8}$$n/cm$$^{2}$$(E$$>$$0.1MeVでは7.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{7}$$n/cm$$^{2}$$)のフルエンスでも機械的性質の劣化は観測されない。

論文

An Approximate relationship between elastic modulus and thermal expansion coefficient for nuclear-grade graphites

依田 真一; 藤崎 勝夫

Journal of Nuclear Materials, 113, p.263 - 267, 1983/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:14.42(Materials Science, Multidisciplinary)

黒鉛材料の物理的、機械的性質は、黒鉛材料の作成法に著しく影響される。これは、黒鉛材料が、製造方法の相違により結晶粒が配列した優先方位を持つことに起因する。著者らは、現在工業的に行われている種々の製造法により作成された黒鉛材料を試料として用い、その弾性率と熱膨張係数を詳細に調べた。その結果、ヤング率(E)と熱膨張係数($$alpha$$)との間には、E$$alpha$$=一定、となる相関関係が成立することを見出した。更にこの関係が異方性の大きな材料および、すべての方位に於いて成立することを実験的に確認した。この関係式の利点は、ある方位のヤング率と熱膨張係数が求まれば、比較的測定の容易なヤング求めることにより、測定に時間と精度が要求される熱膨張係数のおよその値が得られるという点にある。さらに著者らはE$$alpha$$の値が黒鉛材料の嵩密度に密接に関係していることを明らかにした。以上の相関関係は黒鉛材料を工学的に利用する上で、極めて有効であることを示した。

論文

Changes in Young´s modulus and electrical conductivity of nuclear grade graphites oxidized with air

今井 久; 藤井 貴美夫; 黒沢 武; 野村 真三

Journal of Nuclear Materials, 118, p.294 - 302, 1983/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:30.59(Materials Science, Multidisciplinary)

5種類の原子炉用黒鉛材料、IG-11、7477PT、7477、SMI-24及びH327を空気中500~600$$^{circ}$$Cで内部まで均一に酸化し、酸化によるヤング率と電気伝導度の変化を調べた。調べた2つの特性変化(ヤング率;E/Eo,電気伝導度;Ro/R)は酸化にともなうかさ密度変化(9/90)の関数として次のように表わすことができる。E/Eo=(9/90)$$^{N}$$$$_{E}$$,Ro/R=(9/90)$$^{N}$$$$_{R}$$このようにして定まるN$$_{E}$$,N$$_{R}$$は銘柄や酸化温度で異なるが、一定温度では酸化速度(R)と次の関係にあった。N$$_{E}$$,N$$_{R}$$=AR$$^{-}$$$$^{c}$$(A,Cは定数)また、個々の黒鉛のN$$_{E}$$とN$$_{R}$$の値について黒鉛組織の酸化モデルから説明を試みた。

論文

原子炉用微粒等方性黒鉛材料の曲げ強さに及ぼす圧縮予応力の影響

依田 真一; 奥 達雄; 向後 保雄*

炭素, 114, p.103 - 109, 1983/00

原子炉用微粒等方性黒鉛材料(IG-11)の圧縮予応力負荷に伴うヤング率、電気抵抗、曲げ強さの変化を圧縮応力負荷方向とこれと垂直な方向について調べ、検討した。これは、ガス炉の炉心部、炉床部に使用される黒鉛材料の多くが、単軸圧縮応力を負荷された状態にあり、地震による曲げ応力の発生に対していかなる影響を被るかを明らかとする事に注目した問題である。主な結果は次のとおりである。(1)圧縮予応力負荷方向の試料は、0.4$$sigma$$f($$sigma$$f:圧縮強さ)までの予応力負荷において、ヤング率の変化は認められないが、電気抵抗は約10%減少する。また曲げ強さは、0.4$$sigma$$fまで増加し、その後低下する。この時ヤング率は急激に減少し、電気抵抗は、逆に増加する。(2)予応力負荷方向に対し垂直な試料では、ヤング率は予応力の増加に伴ない減少する。曲げ強度は、0.2$$sigma$$f以上で徐々に低下する。また電気抵抗は、予応力の増加に伴ない増加する。以上の結果を基に、黒鉛の圧縮変形モデルを提案した。

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