スピネルの中性子照射損傷に及ぼすノンストイキオメトリーの影響

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480105
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 矢野 豊彦 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (80158039)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 広行 東京工業大学, 工学部, 助手 (30239389) ; 井関 孝善 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016818)
• Keywords: スピネル / 中性子照射損傷 / ノンストイキオメトリー / スエリング / 格子定数 / ケミカルシフト

Research Abstract

日本原子力研究所の材料試験炉おいて、比較的低温の100℃で1.8×10^<23>n/m^2と比較的高温の470℃で5.3×10^<23>n/m^2の中性子照射をしたn=Al_2O_3/MgO=3の組成の単結晶スピネルの照射後、及び250℃と500℃の熱アニールをした試料について、(001)面上で方位を変えながらヌープ硬度を測定した。その結果、照射前には、[100]方向で硬度が高く、[110]方向で硬度が小さいなめらかな放物線状の変化を示したが、中性子照射により[110]方向は硬度の増加が少なく、[100]と[110]方向の中間で硬度増加が大きいことが認められた。すなわち、硬度の結晶方位によるプロファイルが変化した。500℃の熱アニールにより、それは照射前の形状に戻ることが分かった。また、照射前のプロファイルは、n=1.0の試料とは異なっていた。これらの原因は、スピネル結晶中の陽イオン配置の違いに起因すると考えられた。
昨年度末に購入した微小部蛍光X線分析装置によるケミカルシフトの測定の準備として、アルミニウムを含有する各種化合物のAlKα線のプロファイルを測定し、分光器の性能を検証した。その結果、TAP分光結晶の場合、AlKα線は半値幅が広く、波長分離をする必要があることが分かり、そのための波長分離法の解析プログラムを作成した。それを利用して解析したところ、各化合物のアルミニウムの配位状態の差が分離できる可能性が明らかとなった。また、PET分光結晶を用いた、SiKα線の測定を行ったところ、中性子照射による0.005%の格子定数の変化に対応する蛍光X線のピークシフトが検出できることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Toyohiko YANO: "Effects of Neutron Irradiation on the Mechanical Properties of Magnesium Aluminate Spinel Single Crystals and Pdycrystals"J.Am.Ceramic Soc.. 82[12]. 3355-3364 (1999)
• [Publications] Masafumi AKIYOSHI: "Neutron- and Electron-Irradiation Effects on Microstructure of YBa_2Cu_4O_8"Physica C. (印刷中). (2000)
• [Publications] Toyohiko YANO: "Neutron Irradiation Damage in Aluminum Oxide and Nitride Ceramics up to 4,2x10^<26> n/m^2"J.Nuclear Materials. (印刷中). (2000)
• [Publications] Toyohiko YANO: "Neutron-Induced Damage in Mg-Al Spinel Ceramics Irradiated near Room Temperature and its Recovery due to Annealing"Bull.Res.Lab.Nuclear Reactors,T.I.T.. 23. 92-93 (1999)