2018 Fiscal Year Annual Research Report
Concurrent effects of hydrogen and irradiation defects in alloys
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18H01913
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
阿部 弘亨 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40343925)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
叶野 翔 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00742199)
楊 会龍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (10814254)
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) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン照射 / 水素 / 鉄鋼材料 / ジルコニウム合金 / 透過電子顕微鏡 / 超微小硬度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは照射その場観察法等により金属材料の強化因子であるナノ粒子の不安定化や過飽和溶質原子の析出など、新たな照射誘起型固相反応現象を見出してきた。これは、照射環境においてプラント構造材料の強度劣化につながる可能性があり、原子炉構造材料や原子燃料被覆管材料、核融合炉構造材料の健全性評価にとって重要な現象となり得る。
そこで本研究では、鉄鋼およびZr合金中の材料強化因子に対する照射影響を組織-強度相関の視点で調査し、水素化の重畳効果を実験的に検出し、原子炉内と炉外における材料劣化を比較して、照射・水素化重畳影響を評価することとしている。
今年度研究項目として、超高圧電子顕微鏡内その場観察実験による鉄鋼中の材料強化因子（酸化物ナノ粒子）の不安定化挙動を精査し、イオン照射法と超微小硬度測定法等による組織-強度相関を調査した。
鉄鋼中の酸化物微粒子は短期的にはランダムに成長と収縮を繰り返し、長期的に収縮、消滅の途をたどる。そして、このランダムなサイズ変化の過程が照射の初期に典型的な事象であることを見出した。さらに、結晶成長の古典論であるオストワルド成長理論の適用性について詳細に検討し、nm程度のサイズや結晶性を考慮した修正が必要であることを指摘した。また指向性を有する点欠陥拡散の励起の有無に対してサイズ変化の様相が依存することを初めて見出した。
Zr合金に対する照射-水素重畳効果の測定を行い、イオン照射材において200℃で材料がいったん硬化し、その後軟化する傾向を見出した。これは酸素や窒素などの不純物が照射欠陥に移行し転位運動の妨げになっているためと考えられる。また水素添加材料ではイオン照射による回復が早まる傾向を確認した、等の新しい観察結果を得た。再現実験も含めて確認中である。
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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
本プロジェクトでは、対象材料を酸化物分散強化鋼とジルコニウム合金としている。
鉄鋼材料については、電子照射による微細組織変化を主たる対象としているが、現在までに非水素注入材に対する情報は概ね整理でき、当初予定を上回った成果を得た。一方、水素注入した材料に対する実験については、水素化装置を作製した。水素化材に対する照射実験については当初2019年度実施として計画していたが北大の電子顕微鏡の故障とコロナ禍の影響で実験は進捗していない。2020年度以降の実施としている。
ジルコニウム合金については、析出物に対するイオン照射と水素重畳影響を明らかにすることとしている。2019年度までにおおむね順調に結果を得ることができており、データの再現性確認について今後詳細に検討を進めることとしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本プロジェクトでは、対象材料を酸化物分散強化鋼とジルコニウム合金としている。
鉄鋼材料については、イオン照射材および水素-照射重畳材の断面組織観察による重畳効果の解明を目指すこととしている。また、北大の超高圧電子顕微鏡の共同利用の再開次第、水素注入材に対する電子照射影響解明に資するその場観察実験を行う。
ジルコニウム合金については、析出物に対するイオン照射と水素重畳影響について再現実験を実施することとしている。また、中性子照射したジルコニウム合金への追加水素注入効果については2020年度以降に実施する。
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