2017 Fiscal Year Annual Research Report
格子欠陥をプローブとしたその場観察と組合せ照射による照射欠陥の顕在化技術
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17H01372
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関村 直人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10183055)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 琢也 福井大学, 附属国際原子力工学研究所, その他 (50212296) [Withdrawn]
村上 健太 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50635000)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 原子力材料・核燃料 / 照射欠陥 / イオン加速器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，原子炉圧力容器(RPV)の照射脆化を例として望ましい経年劣化管理の在り方を検討するために，組合せ照射とイオン加速器結合型透過電子顕微鏡法(in-situ TEM)を駆使して長期運転時の照射脆化の主因となるMn・Ni・Siを含む溶質原子のナノクラスタ(MNSクラスタ)の照射下挙動を研究する。平成29年度は実験で使用するためのRPVのモデル合金を作成し，以下の実験を行った。
タスク１：MNSクラスタとは，中性子照射を受けた低CuRPV材中において三次元アトムプローブ法(3DAP)で観察される溶質原子の濃化領域の総称であるが，その構造は明らかになっていない。そこで，中性子照射によってMNSクラスタを導入したRPVモデル合金に対して，追加で高照射量までのイオン照射を行うことによりMNSクラスタを粗大化し，その構造を詳細に調べることための実験に着手した。RPVモデル合金から集束イオンビーム加工装置(FIB)などを利用して微小試料をリフトアウトして基板上へ溶接し，微小試料に対してイオン照射を実施するための技術を開発した。リフトアウトされた微小試験片に対するイオン照射試験と通常のイオン照射では、シンク強度や熱伝導に違いが予想されることから、MNSクラスタの成長に対する試料サイズ効果を確認するために予備的なイオン照射試験を計画し、その第一段階が完了した。
タスク２：カスケード損傷による照射欠陥挙動のin-situ観察は重金属で実績があるものの，Fe基合金では原理的に難しいことが知られている。そこで、欠陥挙動を観察するためのプローブとしてヘリウムバブルをRPVモデル合金中に均質に分散させて，その成長や消失の挙動から欠陥挙動を推定する実験を立案し，ヘリウム注入実験を行った。
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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
タスク１：中性子照射とイオン照射の組合せによるMNSクラスタの分析実験はおおむね順調に進展している。東京大学と長岡技術科学大学では，中性子照射材から微小試験片をリフトアウトしてイオン照射用の基板に固定するための加工技術開発を行った。これは，当所の予定通りに実施され，FIBの操作手順はほぼ確立した。また，東京大学では，中性子照射材をイオン追照射する際の実験パラメータ（照射速度の上限値や温度勾配の補償の要否）を設定するための実証試験としてイオン照射材に対するイオン追照射試験を計画し，イオン照射を受けた4種類のRPVモデル合金をリフトアウトして追照射用の試料を作成した（追照射試験中に加速器本体にトラブルが生じたことから，追照射については平成30年5月に延期した）。また，中性子照射材を法令等に適合した形でイオン照射に供するために，放射化量の分析を含めた，中性子照射材料の選定や材料パラメータの確認をカリフォルニア大学に委託した。
タスク２：ヘリウム照射とイオン照射を組合せによる照射欠陥挙動のin-situ分析もおおむね順調に進展している。東京大学においてin-situ TEMの改造を行い，高分解能での動画測定を可能にした。長岡技術科学大学では，モデル合金に対して1～3MeVのヘリウムイオンを照射し，その照射効果を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
タスク１：中性子照射とイオン照射の組合せによるMNSクラスタの分析実験については，まず平成30年の上半期に，東京大学において試験片のサイズ効果に関する実証実験を完了させ，イオン追照射の実験パラメータを確定する。並行して，カリフォルニア大学に中性子照射材の加工と輸送を委託する。そして，平成30年の下半期に，中性子照射材に対するイオン追照射実験を実施する。
タスク２：リウム照射とイオン照射を組合せによる照射欠陥挙動のin-situ分析については，長岡技術科学大学においてヘリウムバブルを予注入したRPVモデル合金に対して，東京大学のin-situ TEMを用いて系統的なその場観察実験を実施する。ヘリウムバブルの数密度の変化を，照射条件と試料の組成に基づいて整理する。
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