2017 Fiscal Year Annual Research Report
Irradiation Effects on Hydrothermal Corrosion of SiC
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17H04977
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
近藤 創介 京都大学, エネルギー理工学研究所, 特定准教授 (10563984)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 炭化ケイ素 / 腐食 / 照射 / 欠陥 / 電気化学 / 高温水 / 軽水炉 / 被覆管 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子炉の事故耐性を飛躍的に高めるため、炭化ケイ素（SiC）でチャンネルボックスや被覆管を作る試みがある。しかし、SiCが中性子照射に晒される環境では、高温高圧水腐食が顕著になることが課題になっている。本研究では、照射によるSiCの腐食加速について、その原因の学術的解明とそれに基づいた耐食表面の開発を目標としている。より具体的には、照射によって導入された欠陥（空孔などの格子欠陥）に由来する局在準位が表面電位を変化させ、バンド湾曲を腐食が加速する方向に変化させた、とこれまでの研究結果から予測しており、これを証明することを最初の目的として設定した。まず、照射欠陥の導入量と腐食速度の相関を得るため、加速器施設（京大エネ理工研DuET）によって5.1MeVの重イオンを材料（単結晶３C-SiC）に対し多様な線量（9.4×10^12~2.8×10^16 ions/cm^2）で照射して欠陥導入量の異なる試料を作製した。これらの試料に対し、電気化学試験（cyclic voltammetry）を室温HF中で実施し溶解挙動を調べたところ、腐食電流が照射線量の増大に伴い増加する傾向を明確に捉えた。その傾向は点欠陥の蓄積傾向と同様ではあるが、現段階では腐食電流と欠陥の材料中への蓄積量が1対1で相関があるのかは不明である。現在は欠陥量と種類の同定を、主としてDLTS（Deep Level Transient Spectroscopy）法により試みておりその成果が待たれる。並行して、多結晶CVD-SiCを対象にイオン注入（これは上述のイオン照射とは異なり、より低エネルギーでドーパントを欠陥が入らないように表面層に注入するもの）による表面改質も試みている。これは表面のバンドを効果的に湾曲させるために実施しており、電気化学試験によればドーパントの種類によって防食効果が異なることまで判明している。
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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
本研究開始前は照射前のSiCの基礎的な電気化学データでさえなかったことを考えれば、その測定手法の確立ができたこと、および徹底的に電気化学特性を評価し熱力学的観点からデータを揃えられたことは、本研究分野以外にも波及する結果であり「順調に進展している」といえる。最終目標である照射が及ぼす電気化学特性への効果は未だ明確にはできていないものの、当初の目的であった「原因の学術的解明」の第一歩である照射線量－腐食電流相関が取得できたことは、この研究の方向性に今のところ矛盾が無いことを示しており、研究方針の大幅な変更が必要ないことを示すものである。また、当初は2年目以降に予定していたイオン注入実験を前倒しして開始できだことにより、その他の表面改質法への試みが可能となるような時間的余裕が生まれている。現段階で得られた結果から考案した照射による腐食速度加速のメカニズムは、当初の予測の範囲内であるが、溶存酸素の還元がカソード反応であることが明らかになるなど新しい知見も既に得られており、実験結果とともに論文としてまとめ出版した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点では当初の計画通り進行しており推進方策の大きな変更はないが、初年度でも実施したようにいくつかのテーマを併進させ、学術研究としての単結晶SiCを用いた電気化学試験・工学研究としての多結晶SiCを用いたオートクレーブによる腐食試験をそれぞれ中心に実施していく予定である。すなわち、電気化学試験で腐食加速メカニズムの真理に漸近しつつ、現段階の知見で考えられる防食表面処理を実施し耐食性能の実証試験を行う予定である。これにより、時間短縮とよりインパクトの高い研究成果となることを期待している。
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