タングステン合金の照射誘起高靭性化に資する組織形成機構の解明

• Project/Area Number: 21K03505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency (2022); Tohoku University (2021)
• Principal Investigator: 宮澤 健 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高速炉サイクル研究開発センター, 研究職 (00733726)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 核融合ダイバータ / タングステン / 二元合金 / 照射損傷 / 微細組織 / 照射硬化量 / 高融点金属材料 / 照射誘起析出 / ナノクラスター

Outline of Research at the Start

本研究では、「照射誘起高靭性化が材料強化手法の観点から起こり得るのか？」そのメカニズムを明らかにすべく、材料照射炉を用いてタングステン(W)の固体核変換に寄与する熱中性子の遮蔽の有り、もしくは、無しのキャプセルにて中性子照射された純WとW合金における微細粒層状組織の熱的安定性、照射欠陥集合体と核変換生成物によるナノクラスター形成を評価することで、照射誘起高靭性化に関する材料強化メカニズムを明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

中性子照射環境下においては、熱中性子によってW中に固体核変換元素としてReとTaが生成することで、機械特性が変化する。そこで、Wの固体核変換元素の生成量に寄与する熱中性子遮蔽の有り、無しの環境にて中性子照射された純WとW合金における微細粒層状組織の熱的安定性、照射欠陥集合体と核変換生成物によるナノクラスター形成を評価することで、照射誘起高靭性化に関する材料強化メカニズムを明らかにすることを目的としている。
2022年度では、中性子照射による固体核変換元素の生成を排除して添加元素の影響を評価するために加速器によるプロトン照射と自己(W)イオン照射を用いて、ReとTaのいずれかを添加した二元W合金の照射損傷による微細組織発達に関する研究を学術雑誌に論文投稿し、受理された。
また2022年度では、HFIR-19Jの熱中性子遮蔽化キャプセル内で中性子照射したW合金の照射硬化量と電気抵抗率を評価した。Re量の増加に伴って電気抵抗率は増加することが分かっている。HFIR-19Jの熱中性子遮蔽キャプセルにおいて核変換で生成する Reは 1%以下と推定されていたが、電気抵抗率測定でもほぼその程度の Re 量であることが示唆された。照射硬化量は照射温度によって顕著に変化した。1100℃照射では、照射前の組織の回復・再結晶の一方で照射欠陥集合体の形成も起こっていることが示唆された。
2023年度が最終年度であるが、研究代表者が転職して業務内容が変更したことに伴い、本研究課題の補助事業を廃止することに至った。そのため、当初計画していた中性子照射材の微細粒層状組織の熱的安定性やナノクラスター形成の評価項目は実施できなかった。

Research Products

• [Journal Article] Microstructural evolution in tungsten binary alloys under proton and self-ion irradiations at 800 °C (2023)
  • Author(s): Miyazawa Takeshi、Kikuchi Yuta、Ando Masami、Yu Ju-Hyeon、Yabuuchi Kiyohiro、Nozawa Takashi、Tanigawa Hiroyasu、Nogami Shuhei、Hasegawa Akira
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: 575 Pages: 154239-154239
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2023.154239
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of microstructural anisotropy and helium implantation on tensile properties of powder-metallurgy processed tungsten plates (2022)
  • Author(s): Miyazawa Takeshi、Matsui Kento、Hasegawa Akira
  • Journal Title: Nuclear Materials and Energy Volume: 30 Pages: 101122-101122
  • DOI: 10.1016/j.nme.2022.101122
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] プロトン照射と自己イオン照射によるタングステン合金の微細組織発達 (2022)
  • Author(s): 宮澤 健，菊池 裕太，安堂 正己，兪 周炫，藪内聖皓，野澤 貴史，谷川 博康，野上 修平，長谷川 晃
  • Organizer: 日本金属学会2022年春期講演大会
• [Presentation] Effects of Microstructural Anisotropy and Helium Implantation on Tensile Properties of Powder-Metallurgical-Processed Tungsten Plates (2021)
  • Author(s): Takeshi Miyazawa, Kento Matsui, Akira Hasegawa
  • Organizer: International Conference on Fusion Reactor Materials
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] プロトン照射と自己イオン照射によるタングステン二元合金の微細組織発達
  • URL: https://jopss.jaea.go.jp/search/servlet/search?5075262