2018 Fiscal Year Research-status Report
陽電子消滅分光法を用いた金属中の格子欠陥に捕獲された水素の非破壊定量評価
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18K03584
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
佐藤 紘一 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (30378971)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠山 賢彦 富山大学, 大学院理工学研究部(都市デザイン学), 准教授 (30375109)
徐 ぎゅう 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (90273531)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 格子欠陥 / 水素 / 金属 / 陽電子消滅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は陽電子消滅分光法を用いた金属材料中の水素が捕獲されるサイトと量を非破壊で検出する実験手法を確立することを目的として、（１）水素捕獲前後における空孔型欠陥の陽電子寿命値の変化の実験による取得、（２）上記の寿命値の変化のシミュレーションによる取得、（３）透過型電子顕微鏡観察による欠陥検出と昇温脱離ガス分析による水素捕獲サイトとその量の取得を実施する。
本年度は以下のような成果を得ることができた。①電子線照射したタングステンに5.8MPaと1MPaで水素チャージを実施し、照射で形成した原子空孔が水素を捕獲することによる陽電子寿命値の変化を調べた。水素チャージ圧力が異なることによって、原子空孔に捕獲される水素数が変わり、それに伴って陽電子寿命値も変化すると予想したが、陽電子寿命値に変化はみられなかった。②電子線照射した低放射化フェライト鋼F82Hに電解水素チャージを行い、照射によって形成した原子空孔集合体に水素が捕獲され、その影響で陽電子寿命値が25ps程度短くなった。③電子線照射したα-FeにPdメッキを行い、5.6MPaで高圧水素チャージを行ったところ、照射で形成した原子空孔集合体に水素が捕獲され、陽電子寿命値が35ps程度短くなった。④空孔型欠陥の陽電子寿命値の捕獲水素数に対する変化をシミュレーションによって求め、上記①の試料では空孔型欠陥に捕獲される水素原子数が1.5個程度、上記②の試料では4個程度、上記③の試料では6個程度であることが予想された。⑤電子線照射した低放射化フェライト鋼F82Hに電解水素チャージを行い、空孔型欠陥に捕獲された水素の昇温脱離挙動を調べたところ、100-150℃に原子空孔集合体からの水素放出と考えられるピークを得ることができた。透過型電子顕微鏡観察は実施できなかった。
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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
研究実績の概要の冒頭で記述した（１）については、電子線照射した材料を中心に、ターゲットとする金属材料である純鉄、低放射化フェライト鋼F82H、純タングステンにおいて、水素チャージ前後における陽電子寿命値の変化を捉えることができている。また、Pdメッキを行えば、鉄系材料で高圧水素チャージが可能であることを確認できた。（２）についても、鉄中の原子空孔集合体が水素原子を捕獲した際の陽電子寿命値の変化をシミュレーションで得ることができている。（３）についても、透過型電子顕微鏡観察は当初の予定に比べて遅れているが、昇温脱離ガス分析によって、電子線照射したF82Hの水素の捕獲サイトを得ることができている。以上から、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、下記の点に注目して研究を進める。
①高圧水素チャージの圧力の違いによって空孔型欠陥へ捕獲される水素数が変われば、陽電子寿命値が変化することを示す。本研究で取り扱うすべての材料（純鉄、低放射化フェライト鋼F82H、純タングステン）に対して上記の影響を調べる。特に、高圧水素チャージの圧力を変えた実験を実施する。
②上記①の結果とシミュレーションを比較して、空孔型欠陥への水素捕獲数を得る。特にシミュレーションでは様々な大きさの原子空孔集合体の陽電子寿命値が水素を捕獲することでどの程度変化するかを調べる。また、その水素捕獲数が高圧水素チャージ中に平衡状態が成り立っていると仮定した場合に、妥当な値であるかを検討する。
③継続して、昇温脱離ガス分析を行うと同時に、透過型電子顕微鏡による組織観察を実施する。
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| Causes of Carryover |
富山大学で透過型電子顕微鏡実験の実施のために計上していた予算を使用することができなかった。予想以上に同大学における装置のマシンタイムの確保に苦労したことが主な原因である。2019年度に遅れを取り戻す予定であり、2018年度に計上していた予算も合わせて、透過型電顕観察用の試料作製等に関連する費用として使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
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[Presentation] Change in Positron Annihilation Lifetime of Vacancy Clusters Containing Hydrogen Atoms in F82H2018
Author(s)
Y. Kondo, M. Ohta, K. Ohyama, S. Komazaki, Q. Xu, A. Yabuuchi, A. Kinomura, M. Hatakeyama, H. Iwakiri, D. Kato, Y. Watanabe, H. Tanigawa, K. Sato
Organizer
14th International Workshop on Spallation Materials Technology
Int'l Joint Research
