| Project/Area Number |
23K26585
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| Project/Area Number (Other) |
23H01892 (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 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
阿部 博志 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30540695)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長澤 尚胤 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 先進ビーム利用施設部, 課長 (00370437)
宮崎 孝道 東北大学, 工学研究科, 技術専門職員 (20422090)
清藤 一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 先進ビーム利用施設部, 主幹技術員 (50446457)
渡辺 豊 東北大学, 工学研究科, 教授 (10260415)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | ガンマ線照射 / 気相ラジオリシス / 腐食 / 照射 |
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| Outline of Research at the Start |
ガンマ線照射施設の炭素鋼製機器における新規腐食事象の発現機構を明らかにする。加えて、これを考慮した加速器・照射施設の健全性担保ならびに長寿命化に向けた材料選定・環境条件の最適化指針を提案する。具体的には、気相ラジオリシスによる窒素酸化物生成と濡れ乾き条件の重畳による硝酸濃縮に起因する応力腐食割れ（SCC）を、“照射誘起硝酸塩SCC”として提案すると共に、以下の3点を達成する。
1.“照射誘起硝酸塩SCC”発現における支配パラメータの抽出と検証
2.材料－環境因子を軸とした鉄鋼材料におけるSCC感受性マップの構築
3.加速器・照射施設の長寿命化に向けた材料選定・環境条件の最適化指針の提案
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| Outline of Annual Research Achievements |
①加速器・照射施設内における鉄鋼製機器の腐食挙動の詳細調査
昨年度に引き続き、量研・高崎研で保有する加速器・照射施設内機器を対象として、腐食形態観察を実施した。今年度は、新たに加速器施設の炭素鋼製ボルトを対象とした詳細調査を実施した。その結果、長さ数mmオーダーの粒界型応力腐食割れ（IGSCC）が認められるなど、顕著な損傷が認められた。また、ガンマ線照射施設の複数セルを対象として、線量率範囲の中央値と炭素鋼製部材表面から測定された硝酸イオン濃度の平均値の関係を調査した結果、これらは正の相関を有することが示された。硝酸イオン濃度測定時の水膜厚さを1mmと仮定して、乾燥過程に伴う水膜厚さの減少ならびに硝酸イオンの濃縮を概算した結果、いずれの濃度においても、濃縮を考慮することで粒界腐食発生の臨界濃度を超える可能性があることが示された。したがって、気相ラジオリシス（硝酸成分）と濡れ乾き（濃縮）が重畳することで腐食加速がもたらされること、腐食の程度は気相ラジオリシス生成量と相関することが示された。
②加速器・照射施設内機器における環境側腐食影響パラメータ整理表の作成
昨年度に引き続き、加速器・照射施設内における環境側腐食影響パラメータ（温度、湿度、ガンマ線線量率）の平均値ならびに変動幅を、機器毎にまとめて調査・整理した。特に、ガンマ線照射施設／加速器施設の照射室内のレイアウト（線源位置との距離や、吸排気ダクトとの位置関係）を考慮して、複数箇所におけるオゾン生成ならびに硝酸イオン生成を定量的に評価した。次年度早々に実施するSCC試験において、気相ラジオリシス生成の程度を変数とした試験片設置計画に直結する有益な知見を得た。
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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
「①加速器・照射施設内における鉄鋼製機器の腐食挙動の詳細調査」に関しては、一通りの調査が終了し、この成果を2025年6月開催の腐食防食学会主催「材料と環境2025」で口頭発表予定である。
「②加速器・照射施設内機器における環境側腐食影響パラメータ整理表の作成」に関しては、得られた結果に基づいて具体的なSCC試験計画を立案済みであること、また別途東北大にて実施するSCC試験＠コールド環境の試験条件にも得られた結果を反映する。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度から継続して『1.“照射誘起硝酸塩SCC”発現における支配パラメータの抽出と検証』を実施すると共に、『2.材料－環境因子を軸とした炭素鋼におけるSCC感受性マップの構築』ならびに『3.加速器・照射施設の長寿命化に向けた材料選定・環境条件の最適化指針の提案』に取り組む。方策としては、実機ガンマ線照射環境での腐食試験と、これを非照射下で模擬しつつ他の環境パラメータを機動的に操作した腐食試験を並行して実施することで、"照射誘起硝酸塩SCC"の提案に繋げる。さらに、実機においてSCC感受性範囲を避けて機器を運用するための指針（材料選定ならびに環境条件制御）についても検討する。
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