中性子デバイリング測定と角度発散光学の組み合わせによる残留応力分布評価の高度化

• Project/Area Number: 21K04731
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岩本 ちひろ 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (50649770)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高村 正人 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (00525595) ; 藤田 訓裕 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (60532364) ; 徐 平光 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (80554667) ; 小泉 智 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00343898)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 角度分散型中性子回折法 / 中性子回折 / 小型中性子源 / 残留応力 / デバイリング / シンチレーション検出器

Outline of Research at the Start

自動車や航空機、船舶、原子力プラントなどの安全性、信頼性の担保が必要不可欠とされる中、材料の遅れ破壊や疲労破壊、応力腐食割れなど予期せぬ破壊の発生による事故を防ぐために、残留応力を低減するような接合・加工法の開発が重要である。
本研究の目的は、日常的に加工法を変えながら残留応力測定を非破壊で行なうことが可能な小型中性子回折装置を実現することである。
期間中に、開発した回折装置を理化学研究所の小型中性子源RANS(RIKEN Accelerator-driven compact Neutron Source)を用いて残留応力測定を実現することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

自動車や航空機、船舶、原子力プラントなどの安全性、信頼性の担保が必要不可欠とされる中、材料の遅れ破壊や疲労破壊、応力腐食割れなど予期せぬ破壊の発生による事故を防ぐために、残留応力を低減するような接合・加工法の開発が重要である。本研究の目的は、日常的に加工法を変えながら残留応力測定を非破壊で行なうことが可能な小型中性子回折装置を実現することである。
そのために、本研究では角度分散型中性子回折法を採用し開発を進めている。この手法を用いることで、小型中性子源において問題となるバックグラウンド中性子を減らし回折中性子測定精度を向上させることができる。一方で、試料に照射される中性子ビーム強度が低いデメリットを補うために、標準関数による明確な回折線分布解析手法の開発、2次元検出器を用いたデバイリングの測定、モノクロメーターとマルチピンホールコリメータを組み合わせた測定精度とビーム強度のバランスの研究を行なう必要があった。
2022年度は、標準関数による明確な回折分布解析手法の開発のために、標準関数決定に必要な実際の角度分散法回折実験によるデータを取得し、解析および議論を進めた。取得される回折線のピーク頂点およびピーク裾の形状が、検出器へ接続されるコリメータに依存して特徴が表れることが分かった。この特徴を再現するための関数、および小型中性子源においてこのようなコリメータを導入することが可能かどうかを検討中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

大型施設における角度分散型中性子回折実験を実施する機会が得られたため、角度分散型回折線分解能の向上のために使用されているコリメータ特有の回折線分布の詳細議論が進められた。一方で、1年目に基礎データを取得して2年目に設計予定であったモノクロメーターとマルチピンホールコリメータの設計が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、モノクロメーターのサイズの最適化を行なったうえで製作し、その後2次元検出器を用いた中性子デバイリング測定のトライアル実験を実施する。すでに所有している検出器を使用することで最適な検出器の設置方法を決定しながらトライアル実験を実施可能である。得られたトライアル実験データを角度分散型回折線分布特有の関数でフィッティングしながら、より高分解能化を狙ったマルチピンホールコリメータの設計および導入の議論を行なう。