原子力材料中の欠陥-ナノ析出物複合体の3次元実空間解析

• Project/Area Number: 18686077
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 永井 康介 東北大, 金属材料研究所, 准教授 (10302209)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥26,390,000 (Direct Cost: ¥20,300,000、Indirect Cost: ¥6,090,000); Fiscal Year 2008: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2007: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2006: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
• Keywords: 陽電子消滅 / 3次元アトムプローブ / 格子欠陥 / ナノ析出物 / 原子力材料 / 欠陥

Research Abstract

本研究は、局所電極型3次元アトムプローブ(Local Electrode Atom Probe: LEAP)と電解イオン顕微鏡(Field Ion Microscope: FIM)を連続的に観察し、これに陽電子消滅法を組み合わせることによって、軽水炉鉄鋼材料やジルカロイ等の劣化に重要な役割を果たす微小欠陥-不純物・溶質ナノ析出物複合体を、3次元実空間で解析を行う方法の確立を目的とする。昨年度は、原子炉圧力容器鋼モデル合金であるFe-Cu合金を中性子照射し、陽電子消滅法、特に同時計数ドップラー広がり法を用いて、照射によって導入された空孔集合体周囲の化学元素分析を行った。その結果、空孔集合体の周囲にCu原子が覆った構造をもつ空孔-Cu原子集合体の形成を確認した。
今年度は、この空孔-Cu原子集合体の実空間分析をLEAPとFIMを組み合わせて行った。まず、LEAP装置のイオン検出器部分の改造(高速転送CCD)を行い、FIM像を連続的に観察出来るようにした。次に、陽電子消滅法によって予測されたCu原子集合体が現れるまでアトムプローブ測定を行い、現れた時点でアトムプローブ測定を停止して結像ガスを導入し、測定をFIMに切り替えた。FIM像はアトムプローブ測定に比べて空間分解能が高いため、Cu原子集合体位置の欠陥構造を解析できる。その結果、FIM像においてCu原子集合体位置に、暗くコントラストの低い部分を確認した。これが陽電子消滅法で予測されたCu原子集合体内に存在する空孔集合体でると考えられ、実空間において欠陥と不純物複合体の解析を行うことができた。

Research Products

• [Journal Article] Nanostructural evolution in surveillance test specimens of commercial nuclear reactor pressure vessel studied br three dimensional atom prove and positron annihilation (2007)
  • Author(s): T. Toyama, Y. Nagai, Z. Tang, M. Hasegawa, A. Almazouzi, E. vav Walle, R. Gerard
  • Journal Title: Acta Mater. 55 Pages: 6852-6860
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resolution deconvolution method applied to 2D-ACAR measurements (2007)
  • Author(s): T.Chiba, T. Toyama, Y. Nagai, M. Hasegawa
  • Journal Title: Phys. Stat. Sol. (c) 4 Pages: 3993-3996
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 最新のナノ組織解析技術による脆化機構の解明 -陽電子消滅法と3次元アトムプローブによる監視試験片の解析-(解説) (2007)
  • Author(s): 永井康介、外山健、長谷川雅幸
  • Journal Title: 金属 77 Pages: 1333-1338
• [Journal Article] Identification of ultra-fine Ti-rich precipitates in V-Cr-Ti alloys irradia ted below 300℃ by using positron CDB technique (2007)
  • Author(s): K. Fukumoto, H. Matsui, H. Ohkubo, Z. Tang, Y. Nagai, M. Hasegawa
  • Journal Title: J. Nucl. Mater. 373 Pages: 289-294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quenched-in Vacancies in a beta Ti-Nb-Sb Alloy Studied by Positron Lifetime Spectroscopy (2006)
  • Author(s): Y.Nagai et al.
  • Journal Title: Scripta Materialia 54 Pages: 1751-1753
• [Journal Article] ナノ・サブナノCu析出物の寸法評価法の開発-陽電子量子ドット運動量スメアリング法- (2006)
  • Author(s): 永井康介 他
  • Journal Title: 材料とプロセス 19 Pages: 584-584
• [Presentation] 大学における照射脆化機構研究の取り組み(招待講演) (2008)
  • Author(s): 永井康介
  • Organizer: 「平成19年度高経年化対策強化基盤整備事業」主催 原子力発電システムの安全確保に向けた高経年化対策と保全の高度化に関するシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2008-02-26
• [Presentation] 自己探索プローブとしての陽電子の材料科学研究への新展開 (2007)
  • Author(s): 永井康介
  • Organizer: 第44回アイソトープ・放射線研究発表会
  • Place of Presentation: 東京・日本青年館
• [Presentation] 3次元アトムプローブと陽電子消滅CDB法で探る金属ナノ組織と力学特性(招待講演) (2007)
  • Author(s): 永井康介
  • Organizer: 日本物理学会 第62年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] Positron Diffusion and Trapping: Its Application to Study of Embed des Nano-Particles in Metals (2007)
  • Author(s): Y. Nagai, K. Inoue, A. Tsuto, Z. Tang, M. Hasegawa
  • Organizer: The 11th International Workshop on Slow Positr on Beam Techniques for Solids and Surfaces
  • Place of Presentation: Orleans, France