Study for manufacturing method of heat-resistant tungsten alloy applied as target material for high power accelerator
| Project/Area Number |
19H01913
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
牧村 俊助 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 技師 (10391715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
能登 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (50733739)
長江 正寛 公益財団法人応用科学研究所, その他部局等, 主任研究員 (60304341)
阪本 辰顕 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (80403848)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | タングステン / 粒子標的材 / 耐熱材料 / タングステン材 / 耐熱 / 再結晶脆化 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙の起源や物質生命科学の解明を目指す大強度高エネルギー陽子加速器では、J-PARC COMET第二期計画、J-PARC MLF第二標的計画、米国フェルミ研究所Mu2e計画、欧州ESS中性子源計画などに代表されるように、タングステンは標的材料として期待されているが、再結晶脆化・照射脆化の課題を抱える。
これまで東北大で開発され、引き続いて研究代表者らによって製造されたW-TiC合金を更に発展させることによって、W-TiC合金よりも耐熱性に優れ、再結晶脆化・照射脆化の課題を解決し、従来の純タングステンと比較してビーム受入強度を飛躍的に高めるW-TaC合金を完成させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
タングステンに炭化チタンをメカニカルアロイングによって強制固溶させ、その後、焼結、粒界すべり処理を行うことによってタングステンの弱い粒界を強化し、再結晶脆化しないW-1.2TiCを開発してきた。炭化チタンよりも耐熱性の高い炭化タンタルを代わりに強制固溶させ、より耐熱性の高いW-3.3TaCの開発を目指している。炭化タンタルの配合量は原子百分率で炭化チタンと合わせたためである。
初めに炭化ジルコニウムも試作してみたが、酸素や窒素の混入が多く、予想通りの性能を達成できなかった。しかしながら、電解研磨の条件や評価手法、観察手法などを確立することができた。
炭化タンタルの試作に関して、メカニカルアロイング時の粉末の格子定数の変化をＸ線回折装置で確認し、メカニカルアロイングに用いるボール径や時間に関して知見を得ることができた。炭化タンタルに関して焼結を行い、粒界すべり処理を無事に終えることができた。しかしながら、製造された試料は現段階では室温で延性を示すほどの強度は有しておらず、粒界強化の証拠であるK-Sの方位関係も確認できなかった。
しかしながら、製造に関する知見や試験に関する様々なデータを得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試料の製造法、試料加工・研磨法、透過型電子顕微鏡による観察手法などが確立されつつある。また、メカニカルアロイング時の格子定数の変化からメカニカルアロイングの進行状況が明確に確認できるようになった。
今後の方向性を再検討することができるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、炭化タンタルではなくチタンと同族であるハフニウムを含む炭化ハフニウムを採用してみる。これによって、族の違いによって粒界が強化されていないのか情報を得ることができる。炭化ハフニウムは炭化タンタルよりも耐熱性は高いと考えられ、より耐熱性の高い材料を製造できる可能性もある。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Irradiation damages of structural materials under different irradiation environments2021
Author(s)
Wakai Eiichi、Takaya Shigeru、Matsui Yoshinori、Nagae Yuji、Kato Shoichi、Suzudo Tomoaki、Yamaguchi Masataka、Aoto Kazumi、Nogami Shuhei、Hasegawa Akira、Abe Hiroaki、Sato Koichi、Ishida Taku、Makimura Shunsuke、Hurh Patrick G.、Ammigan Kavin、Senor David J.、Casella Andrew M.、Edwards Danny J.
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Journal Title
Journal of Nuclear Materials
Volume: 543
Pages: 152503-152503
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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