| Project/Area Number |
24K01396
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
外山 健 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力安全・防災研究所 安全研究センター, リーダー (50510129)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大澤 一人 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (90253541)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 照射効果 / 原子空孔 / 陽電子消滅 / 第一原理計算 / 原子炉圧力容器鋼 / 空孔 / 結合エネルギー / 照射脆化 |
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| Outline of Research at the Start |
原子空孔-溶質原子の結合エネルギーは、原子力材料をはじめとする材料研究における最も基礎的な物理量である。本研究では、新しい実験手法（空孔-溶質が1対1で結合した空孔-溶質複合体のみを欠陥として含む試料を作製し、先端手法で空孔-溶質複合体を観察する）により、鉄中の銅などの重要溶質に関して、空孔-溶質結合エネルギーを直接実測しようとする。得られた空孔-溶質結合エネルギーを用いて、原子炉圧力容器鋼について、照射による微細組織形成機構を解明する。本研究で得られる空孔-溶質結合エネルギーの実験値は、今後期待される計算機を活用した原子力材料の研究開発など、幅広い材料研究で活用されることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子空孔-溶質原子の結合エネルギーは、原子力材料をはじめとする材料研究における最も基礎的な物理量である。本研究では、新しい実験手法（空孔-溶質が1対1で結合した空孔-溶質複合体のみを欠陥として含む試料を作製し、先端手法で空孔-溶質複合体を観察する）により、鉄中の銅などの重要溶質に関して、空孔-溶質結合エネルギーを評価しようとする。得られた空孔-溶質結合エネルギーを用いて、原子炉圧力容器鋼について、照射による微細組織形成機構を解明する。本研究で得られる空孔-溶質結合エネルギーの実験値は、今後期待される計算機を活用した原子力材料の研究開発など、幅広い材料研究で活用されることが期待される。
令和6年度は、下記を実施した。
(1)Fe基2元系合金の作製：母材鉄に、溶質として銅・シリコン・クロム・マンガン・ニッケル・リンをそれぞれ希薄量添加した2元系合金を作製した。(2)電子線照射による原子空孔の導入：京都大学複合原子力科学研究所ライナック加速器を用いて、(1)の合金試料に対して数MeV電子線で単純なフレンケル対のみを導入した。また、これまでに主に量研機構高崎量子応用研究所１号加速器を用いて電子線照射した試料も整理した。(3)原子空孔の評価：陽電子消滅寿命測定によって、電子線照射により導入された原子空孔の寸法及び数密度を評価した。(4)最隣接サイトにおける溶質占有率の評価：陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定および3次元アトムプローブ測定によって、原子空孔の最隣接サイトのうちの溶質の占有割合を評価した。(5)空孔-溶質結合エネルギーの理論計算：第一原理計算によって、鉄中の空孔-銅複合体を対象として、空孔-溶質結合エネルギーを評価した。
以上より、空孔-溶質結合エネルギーの評価を進めた。
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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
当初計画の研究内容（試料準備、電子線照射、原子空孔の評価、空孔-溶質結合エネルギーの第一原理計算の着手等）をほぼ完了できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、第一原理計算による空孔-溶質原子結合エネルギーの評価を更に進める。これは、主に研究分担者（大澤博士）が担当する。次に、令和6年度に準備・整理した電子線照射済み試料に関する照射後焼鈍実験によって、空孔-溶質原子結合エネルギーの実験的な評価を行う。そして、第一原理計算結果と実験結果との比較を行う。最終的には、得られた空孔-溶質結合エネルギーを計算機シミュレーションに適用し、実機環境下での原子炉圧力容器鋼における空孔-溶質複合体の挙動を調べ、空孔/溶質集合体の形成機構を理解する。特に、加圧水炉型プラント監視試験片データについて未解明の照射初期段階の微細組織を調べ、その結果を照射脆化モデルに適用して脆化量を算出し、実測値と比較する。これにより、圧力容器鋼の照射脆化機構をより正しく理解し、脆化予測の信頼性を更に向上させる。
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