高温重イオン照射と新組織追跡法の融合によるダイバータ接合面の実環境下原子挙動解析
| Project/Area Number |
23K25850
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| Project/Area Number (Other) |
23H01153 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
嶋田 雄介 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (20756572)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菱沼 良光 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (00322529)
吉田 健太 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10581118)
池田 賢一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20335996)
渡辺 英雄 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90212323)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | 核融合炉材料 / 電子顕微鏡 / 重イオン照射 / 核融合材料 / 材料組織 / その場観察 |
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| Outline of Research at the Start |
核融合炉ダイバータは、過酷環境下において使用されることから諸特性に優れる金属材料の異種接合によって構成されている。一方で、異種金属界面は組織、特性において特異点となることから、本研究では、ダイバータ接合体組織設計指針提案のため、実用環境下におけるダ接合界面の組織定量追跡による新規評価技術の開発を行う。最終的には、材料組織学とデータ科学の融合により現象論から組織制御へと繋げ、プロセスへとフィードバックすることで、接合条件の最適化を行う。この成果は、核融合炉ダイバータにのみならず、照射環境下に置かれる多くの材料における材料開発の加速化を促進するものと考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、実用を模擬した環境下における核融合炉ダイバータの接合界面に注目した原子挙動の解析を目的としている。具体的には、試料としてはアーマー材であるタングステンとヒートシンク材である酸化物分散強化銅合金を、ニッケル－リン系の金属ろう材（BNi-6）によりブレージング接合したものを用いた。また、照射光源を重イオンとし、想定温度は500℃程度を予定している。そのなかで、本年度の主な実施内容は、①高温重イオン照射実験の環境構築と②材料作製と室温重イオン照射実験を挙げていた。その成果概要を以下に示す。
①高温重イオン照射実験の環境構築：高温重イオン照射のアタッチメントについて、稼働可能であることを確認するとともに、欠陥挙動観察用の原子分解能その場観察システムの導入を実施した。
②材料作製と室温重イオン照射実験：以前の研究にて、ペースト状のBNi-6を用いると粗大な空隙ができたことから、均一性向上のためシート状のものを使用して接合材を作製した。本手法でも拡散に伴う空隙は残るものの接合材の作製に成功した。本試料について室温重イオン照射（3～10 dpa）を施した。このときdpaは計算により試料表面から600 nm程度の領域に最大であることが算出されており、押し込み深さが計算値と一致するよう微小硬さ試験条件を選択した。微小硬さ試験はナノインデンテーションを使用し、測定条件決定のため、硬さの深さ依存性測定に取り組み始め、プレリミナルなデータ取得を実施したところである。
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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
本年度は研究期間初年度として目的としていた①高温重イオン照射実験の環境構築と②材料作製と室温重イオン照射実験について、それぞれ概ね達成していると思われるためである。①については、高温組織観察用の加熱システムの導入を実現し、その性能テスト段階まで進めることができた。②については、タングステンと酸化物分散強化銅合金をニッケル－リン系の金属ろう材によりブレージング接合した試料を作製、さらには同試料において室温での重イオン照射を実施した。本試料は微小硬さ試験も実施しており、計算された照射量との相関取得を始めているなど、次年度の高温重イオン照射に向けた基準データ取得についても順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
、2024年度は特に本研究課題の主要実験となる高温照射ならびに組織変化過程の観察をすすめる。具体的には、2023年度に導入した加熱ホルダーを活用して300℃から500℃での重イオン照射ならびに欠陥回復挙動のその場観察を実施し、照射時の原子拡散促進の効果による組織・特性変化解明を試みる。この時の試料は、2023年度と同様の手法にてCu/Wブレージング接合体を作製して使用する。また、材料特性評価として、ナノインデンテーションによる微小硬さ試験を照射量を変化させながら実施する。
2025年度以降は、2024年度までに確立したノウハウを活用し、作製プロセスや照射条件を変えながら組織情報と材料特性データを取得する。さらにその場加熱観察から、実用環境にて起こり得る組織変化についての解析を行うことで、接合－照射－特性－組織間の相関の導出を試みる。
最終的には得られたデータから、ブレージングプロセス改善指針についての提案、さらには実際に見出された条件にて試作までを実施する。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
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[Presentation] Novel grain boundary network analysis method for Ba-122 polycrystalline bulk based on multiscale crystallographic orientation data2023
Author(s)
Yusuke Shimada, Shota Ishiwata, Yuta Hasegawa, Shinnosuke Tokuta, Koki Muraoka, Takuto Kojima, Zimeng Guo, Satoshi Hata, Hiroaki Kudo, Noritaka Usami, Akiyasu Yamamoto
Organizer
MRM 2023
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