2021 Fiscal Year Research-status Report
原子力材料健全性評価に資する動的変形挙動/照射硬化への熱活性化影響の研究
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19K05326
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
福元 謙一 福井大学, 附属国際原子力工学研究所, 教授 (30261506)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 照射硬化 / 原子力材料 / 引張試験 / 透過型電子顕微鏡 / 変形挙動 / 照射損傷 / 熱活性化過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子力構造材料の照射硬化・脆化による健全性評価や寿命予測を、動的変形挙動の実験の統合解析により明らかにする。イオン照射した原子力構造材料を用いた広範囲の温度領域での変形に伴う転位運動および転位-照射欠陥相互作用の動的変形組織観察実験から、運動転位性状変化と障害抵抗強度解析による照射誘起延性脆性遷移温度（照射誘起DBTT）上昇機構の解明による予測手法の開発と、照射欠陥の内部応力温度依存性による熱活性化過程を通して、微視的スケールからの照射硬化量の定量的評価/予測が得られる。これら成果を基に軽水炉や次世代原子炉の原子力構造材健全性評価予測技術手法の開発・高度化に貢献する。
実施する研究内容として、イオン照射した各種原子力材料に対して低温から高温までの温度領域でTEM内引張試験『その場』観察技術を用いて転位挙動や照射欠陥-転位相互作用を観察することにより、転位-照射欠陥相互作用の動的観察から照射欠陥の内部応力の温度依存性を求め、照射欠陥分布に依らない照射硬化現象の温度依存性（非熱活性化過程と熱活性化過程の弁別）を明らかにして照射硬化メカニズム解明とその定量化に資する。
本年度の成果として研究の一部を国際学術論文として投稿・受理された。
"Dynamic Interaction between Dislocation and Irradiation-Induced Defects in Stainless Steels during Tensile Deformation", K.-i. Fukumoto, K. Umehara and K. Yabuuchi, Metals, 12 (2022) 762, https://doi.org/10.3390/met12050762
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
ステンレス鋼に対するイオン照射の実施後に透過型電子顕微鏡（TEM）内引張「その場」観察を行い，照射欠陥の照射硬化への寄与について検討した．供試材はSUS316L鋼であり，照射欠陥の導入には京都大学エネ理工研のDuET施設の加速器による重イオン照射を行った．その後TEM観察用薄膜化を電解研磨で行った．TEM内引張「その場」観察は九州大学の超高圧電子顕微鏡にて250℃で実施した．転位チャネルの形成過程を動画で撮影し，障害物である照射欠陥と運動転位の相互作用を観察した．TEM内引張後に試料を加工し，TEMを用いて照射欠陥のうちフランクループ（FL）とブラックドット（BD）の数密度とサイズを測定した．
TEM内引張「その場」観察で形成過程を確認でき，たびたび照射欠陥が障害物となり，転位チャネル形成が静止する様子を確認することができた．約4μmの引張後に転位運動が停止する位置を求めたところ，その間隔の最頻値が35nmであり，この値は転位運動を停止させた照射欠陥の障害物間隔であると考えられる．引張後に実施したTEM観察結果から，FLとBDの障害物間隔を求めた．また他研究より，一般的にTEMでは観察ができないとされている溶質原子クラスタ（SC）の数密度と平均直径をアトムプローブを用いて観察し，溶質原子クラスタの障害物間隔と各障害物間隔を比較し，運動転位をピン留めした照射欠陥の種類を同定した．これより，FLとBDの組み合わせが該当すると確定できた．この結果、溶質原子クラスタは運動転位に対しては強い障害強度因子を持つ介在物としては機能せず、その数密度の大きさによって照射硬化に寄与すること実験的に示された。
さらなる高温引張試験『その場』試験を行う計画ではいたが、コロナウイルス禍により他大学での研究実施に支障を来した、結果として当初目標より全体的に遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き本研究は以下を解明することを目的として実施する。
ステンレス鋼においては多成分組成による溶質原子クラスター形成や転位に対する溶質原子の固着などが複雑であるため、情報を整理することができない。このためステンレス鋼ではなくステンレスモデル合金として、Fe-14C-16Ni合金及びFe-14Cr-16Ni-1Si合金の二つの合金を用いてSI溶質原子添加による溶質原子クラスター形成あるいはフランクループへの溶質原子Siの固着挙動について、引き続き、九大HVEMセンターにて高温引張変形『その場』観察実験を実施し、引張変形試験による転位運動に抗する照射欠陥の相互作用の直接観察より障害強度や転位性状さらに転位運動速度の測定から、照射欠陥の障害強度因子および臨界剪断応力を求める。特にSi添加有り無しによる転位とフランクループの反応、あるいは転位のピン留めされる平均距離や移動挙動の差異を比較することから、溶質原子の影響を直接的に転位と照射欠陥の相互作用の観察によって求め、照射硬化因子の定量化に対して情報を供する予定である。
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| Causes of Carryover |
当初計画していた九大での実験や京大での照射実験の実施を行うに当たり、コロナ禍による大学のロックアウトなどの諸事情で実験を実施することが出来なかったり大幅に遅れたりした。このため所定の成果が得られなかったため次年度まで実施期間を延長して行うことを余儀なくされた。
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Research Products
(1 results)
