2005 Fiscal Year Annual Research Report

先端ナノ材料学による原子炉鉄鋼材料の脆化・劣化機構の解明と制御・予測

Research Project

Project/Area Number	17002009
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	長谷川雅幸東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80005975)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永井康介東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (10302209) 唐政東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80271972) 井上耕治東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50344718) 畠山賢彦東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30375109)
Keywords	局所電極型アトムプローブ / 陽電子消滅 / 原子炉圧力容器 / シュラウド応力腐食割れ / 格子欠陥 / ナノ析出物
Research Abstract	我が国電力の30%強を担い、高経年化時代を迎えている軽水炉型原子炉の安全性確保に関し、最重要かつ緊急な課題の1つに圧力容器(RPV)照射脆化、シュラウドの応力腐食割れなどが挙げられる。本研究は、最先端の陽電子消滅、新方式アトムプローブなどを開発・応用し、その原因となる照射誘起の超微小(ナノ)析出物および欠陥の形成・発展を原子レベルから解明することを目的とする。今年度は、局所電極型3次元アトムプローブ(LEAP)を導入(リース)した。これによって、従来型のアトムプローブよりも2〜3桁高い計数率での測定が可能になり、超微小析出物の数密度、寸法分布等が定量的に評価できるようになった。このLEAPと、既に稼働中の最新の陽電子消滅測定装置(同時計数ドップラー広がり測定、高分解能陽電子寿命測定、2次元角相関、低速陽電子ビーム、陽電子消滅時間-運動量相関測定等)を組み合わせて、ベルギーの実機発電炉RPV監視試験片やそのモデル合金(Fe-Cu, Fe-Cu-X(X=Mn,Ni,P等))中に形成される照射誘起Cu富裕やマトリックス欠陥の解析を行った。その結果、照射量の少ない(数年間稼働後の)実機監視試験片中でも既に超微小Cu富裕析出物が形成し、照射量が増加するに従って、Mn, P等の元素の析出物への偏析が顕著になること、マトリックス欠陥(微小転位ループや空孔-不純物複合体と考えられる)は、Cu富裕析出物とは異なり、照射量が増加するに従って徐々に蓄積されること等が明らかになった。また、モデル合金の測定から、Mnが硬化へ大きく寄与し、その原因は古典的な析出物と転位との相互作用による評価では説明できないこと等が明らかになった。また、脆化の予測・制御へ向けて、原子レベルの組織変化と機械的特性との対応をつけるため、低温での引張り試験や、分子動力学シミュレーションの準備も行った。