磁気１次反転曲線図を利用した深層学習モデルによる照射脆化評価法の開発

• Project/Area Number: 23K26582
• Project/Area Number (Other): 23H01889 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 小林 悟 岩手大学, 理工学部, 教授 (30396410)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2026: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2025: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 照射脆化 / 原子炉圧力容器鋼 / 磁性 / 磁気特性 / 原子力材料 / 深層学習

Outline of Research at the Start

本研究では、誘導起電力法による高感度型FORC測定装置を製作し、国内外の専用施設が保有する中性子照射済みの原子炉圧力容器鋼のFORC測定を系統的に実施することで、FORC図と照射脆化の相関データベースの構築、中性子照射によるFORC図の特性変化のメカニズム解明を行う。更に、相関データベースを教師データに用いた深層学習モデルによる照射脆化評価法を開発しその有用性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

磁気１次反転曲線（FORC）法は、磁性材料内部の保磁力分布及び相互作用磁場分布を同時に評価可能な手法として近年注目されている。本研究では、国内外の研究施設が保有する中性子照射試験片に最適化した高感度な磁気１次反転曲線(FORC)測定装置を用いて、系統的に照射材のFORC測定を行うことで、FORC図と照射脆化の相関データベースの構築とFORC図の特性変化のメカニズム解明、更には、相関データベースを利用した深層学習モデルによる照射脆化評価法の有用性を明らかにすることを目的とする。
目的の達成のため、令和５年度は、凌和電子株式会社と共同で、FORC図取得のための高精度FORC測定装置を開発した。具体的な装置改良として、(1) 東北大学金属材料研究所大洗施設に保管している小型中性子照射試験片(1mm×12mm×0.5mm)の試料形状に最適化した磁気ヨーク部の設計・制作、(2) 検出コイル部のノイズ低減のための配線処理などを行った。搬入された装置の動作確認を岩手大学で行った。
また、深層学習モデルによる照射脆化評価の第１段階として、データベース化が進んでいる旧測定装置によるFORC図を用いて、合金の種類あるいは照射量ごとに特徴量を抽出可能か検証した。初期微細組織が異なるFe-1wt%Cu合金３種について、2次元FORC図を画像データとして取り込み主成分分析を行った結果、第１主成分・第2主成分プロット上で、初期微細組織の違いや照射量ごとに分類できることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究で必要な高精度FORC測定装置の開発と動作確認を行うとともに、旧装置によるデータベースを用いてではあるが、合金の種類及び照射量に依存した特徴量を２次元FORC図の全体図から抽出できることを確認できたため。

Strategy for Future Research Activity

令和６年度は、前年度に製作したFORC測定装置の性能評価と解析技術改善を行う。令和６年度後半から、本測定装置を東北大学金属材料研究所大洗施設に持ち込み、同施設に保管済みの中性子照射材のFORC測定とデータ蓄積を進める。データ整備を強化するため、令和７年度以降は海外施設が保管する照射試料のFORC測定も行う。また、深層学習モデルによる照射脆化予測法の開発のため、計算用ワークステーションの購入と整備、照射脆化予測法のアルゴリズム開発を進め、最終年度の令和８年にその検証を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] エネルギー研究所(ハンガリー)
• [Journal Article] Ion irradiation effects on the crystal structure and magnetic properties of iron-nickel binary alloys (2023)
  • Author(s): Y. Kamada, T. Oyake, T. Murakami, S. Kobayashi, K. Shimizu, H. Watanabe
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics Volume: 59 Issue: 11 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/tmag.2023.3293195
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Magnetic first-order reversal curves for highly neutron-irradiated Fe-Cu alloys (2023)
  • Author(s): Kobayashi, K. Yomogida, E. Nomura
  • Organizer: Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 中性子照射された原子炉圧力容器鋼の磁気１次反転曲線解析 (2023)
  • Author(s): 小野和輝、小林悟
  • Organizer: 日本金属学会第173回秋期大会
• [Presentation] 中性子照射された原子炉圧力容器鋼の磁気１次反転曲線解析手法最適化の検討 (2023)
  • Author(s): 小野和輝，小林悟
  • Organizer: 東北大学金研量子エネルギー材料科学国際研究センター 2023年度大洗・アルファ合同研究会
• [Presentation] Ion irradiation effects on the crystal structure and magnetic properties of iron-nickel binary alloys (2023)
  • Author(s): Y. Kamada, T. Oyake, T. Murakami, S. Kobayashi, K. Shimizu, H. Watanabe
  • Organizer: IEEE International Magnetics Conference
  • Int'l Joint Research