2000 Fiscal Year Annual Research Report
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10680472
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| Research Institution | SHIMANE UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
小野 興太郎 島根大学, 総合理工学部, 教授 (40106795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北條 喜一 日本原子力研究所, 室長
荒河 一渡 島根大学, 総合理工学部, 助手 (30294367)
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| Keywords | ヘリウム バブル / イオン照射損傷 / 核融合炉材料 / Fe-Cr合金 / Fe-Cr-Ni合金 / SiC / 電子顕微鏡 / 結晶粒界偏析 |
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| Research Abstract |
プラズマ対向材料としての適合性、特性を調べる目的で、低エネルギーヘリウムイオン照射による損傷の発達過程、特にスエリングの素過程であるバブルの動的挙動を結晶粒内、結晶粒界にわたって電子顕微鏡その場観察により調べた。さらに、STEM-EELSにより、合金元素の照射誘起偏析の様子も調べた。
I.FeおよびFe-9Cr鋼について
Fe-9CrにW等を添加した合金は、低放射化構造材料として有力な候補材料である。バブルの基礎過程を調べるために、FeとFe-9Crフェライト鋼を比較した。主要な結果は以下のようにまとめられる。
(1)直径が数nmの微小なバブル表面に、照射により、Crが偏析していることが、STEM-EELSの測定より判った。Crは、高温での焼鈍だけでも、試料表面や、粒界に容易に偏析することがわかった。
(2)この試料系においても、バブルの移動距離の二乗平均が移動に要した時間に比例することから、バブルがブラウン運動することが定量的に示された。
(3)バブルの拡散係数がランダムウオーク理論より求められた。
(4)Fe中のバブルとFe-Cr中のバブルの拡散係数を比較すると、Crを添加した方が、拡散係数はやや大きい。
II.β-SiCについて
SiCやAl_2O_3は耐熱定放射化プラズマ対向材料としての利用が検討されているが、バブルの動的挙動について調べられた例は無いが、本研究により以下の点が明らかになった。
(1)β-SiC多結晶中に形成された直径1〜数nmのバブルでも、粒内では、1000℃付近まで安定で、顕著な移動は見られなっかたが、1000℃では、近接したバブル同士が連結した筋状のバブルがみられた。
(2)粒界上では、バブルの移動と合体粗大化が見られ、直径8nmのバブルでも900℃で粒界面に沿ってランダムな移動をすることがわかった。
(3)粒界面に沿ったバブルの拡散係数が求められた。
(4)以上のように、多結晶SiCの利用にあたっては、粒界特性の検討が重要である。
III.Al_2O_3(単結晶)について
(1)照射した試料を昇温し、各温度でのバブルのサイズ分布を測定したところ、900℃付近よりバブルの成長が見られた。
(2)SiCの場合と同様に、1000℃付近でバブルの拡散係数が測定された。
IV.米国Argonne国立研究所において、高エネルギーイオン照射下でのバブルの移動挙動を調べ、新しい知見を得た。
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[Publications] K.Ono et al.: "Formation and Migration of Helium Bubbles in Fe-16Cr-17Ni Austenitic Alloy at High Temperature"J.Nuclear Materials. 283/287. 210-214 (2000)
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[Publications] K.Arakawa et al.: "Evolution of Point Defect Clusters in Pure Iron under Low Energy He^+ irradiation"J.Applied Physics. (印刷中). (2001)
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[Publications] K.Ono et al.: "Thermal Generation of Vacancies from Voids in Aluminum"Philosophical Magazine A. (印刷中). (2001)
