2021 Fiscal Year Research-status Report
Searching for alloying elements to reduce radiation effects in W
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19K05338
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
鈴土 知明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 再雇用職員 (60414538)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
都留 智仁 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (80455295)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | タングステン / 照射欠陥 / クロム添加 / TDS / 陽電子寿命 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の学術的な問いはクロムやバナジウムなどの元素をタングステンに添加して照射欠陥の生成を抑制できるという予測が正しいかどうかということである。その予測の根拠となる原子論的な理論については、研究代表者である鈴土がすでに論文化している。当初は、その原子論的な理論をベースとしてメソスケール・マクロスケールのモデリングを行い、その予測の正当性を証明するという研究計画を考えていた。しかしながら、そのようなモデリング手法では、メソスケール・マクロスケールのモデルの入力パラメータで精度よく評価できないものがあり、結果の信頼性が問題となった。
一方、研究代表者らの予測に基づいて、合金の照射実験と照射後試験を行う研究協力者の研究活動が着実に進展した。このような理由から、上記の学術的な問いに確実に解明するため、研究協力者によって行われている照射実験を補完する形でモデリング研究を行う形式に方針を転換した。
具体的にはW-0.3Cr材にイオン照射しそれを重水素環境に暴露し昇温脱離分析（TDS）を行った。空孔型の照射欠陥が蓄積されればそれらに捕獲された重水素の放出ピークがTDSスペクトルに現れるが、我々の予測通りそのピークはクロム添加によって有意に抑制された。また電子照射されたW-0.3Cr材に対して陽電子寿命の測定を行った。空孔型の照射欠陥が蓄積されれば寿命が長くなるが、これについても大きな寿命の変化はなく、クロム添加が照射欠陥生成の抑制に有効であることを裏付けた。
これらの結果を受けて、この予測の根拠となっていたタングステン中の格子欠陥の第一原理計算を計算精度を上げて再計算された。その結果、わずかなせん断応力によって、純タングステン中の格子間原子の移動障壁が大きく変化することなど学術的な発見があった。
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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
本研究の学術的な問いはクロムやバナジウムなどの元素をタングステンに添加して照射欠陥の生成を抑制できるという予測の正しさを解明することである。クロムについては実験的にその正しさがすでに証明された。バナジウムに関しては証明されていないが、タングステン中の照射欠陥との結合エネルギーがクロムと同様であるので我々の溶質元素添加による照射欠陥抑制のシナリオは証明されたと考えられる。
また、もう一つの課題である溶質硬化に関してはすでに昨年度までに成果を得ている。
これらのことから概ね順調に進展している、と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は本研究の最終年度となる。大筋では研究目標を達成しているので、これまで行った第一原理計算の検証し、イオン照射・電子線照射したタングステン合金昇温脱離分析、陽電子寿命測定などの実験結果と照らし合わせてまとめを行う。また、講演やインターネットなどを介して計算手法や計算結果のデータをできるだけ公開するように努力する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受け、今年度に予定していた、海外出張が中止または延期となったため、海外出張に係る費用が使用できずに次年度使用額として生じることとなった。次年度使用額は、次年度分研究費と合わせて、次年度に予定している国際会議に出席するための海外出張に係る費用等に使用する。
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