2019 Fiscal Year Research-status Report
照射損傷組織の結晶配向性に着目したダイバータ用タングステンの照射硬化への影響解明
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19K14684
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
東郷 広一 福井大学, 工学部, 班長 (80726589)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | タングステン / TEM内引張「その場」観察法 / 照射硬化 / 結晶方位 / 障害物強度因子 / 転位のすべり面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では核融合炉用ダイバータ候補材であるタングステンの高寿命化を目指し、中性子照射環境下における照射硬化の結晶方位（結晶配向）依存性を、微細組織における硬化メカニズム（脆性破壊メカニズム）の観点から解明することを目的とする。中性子照射同様、放射化せずにタングステン中に照射欠陥（キャビティや転位ループ）を生成するヘリウムイオン照射を行い、原子のズレである転位と照射欠陥の相互作用（硬化メカニズム）、並びに転位のすべり面の違い（結晶方位の違い）が照射欠陥発生に伴う硬化の度合い（障害物強度因子）に与える影響を明らかにする。
今年度は純タングステン圧延材（圧延面）から圧延方向に対して、①0°（<110>方向）、②22.5°（<310>方向）、③45°（<100>方向）に試料の切り出しを行い、透過型電子顕微鏡（TEM）内引張「その場」観察法を用いて引張方向に対する転位のすべり面の違いを調べた。本実験において、タングステン特有の転位のすべり面が複雑に変化するJerky運動が観察され、引張方向①～③の違いに伴い、{123}面、{112}面、{110}面の転位のすべり面の割合（数）が変化した。タングステンは脆性材料であるため、TEM内にて引張試験を行うための試料形状・熱処理時間を検討し、それに伴う治具開発や照射欠陥発生のためのヘリウムイオン照射条件の検討などを行った。
TEM内引張「その場」観察法は転位－照射欠陥の相互作用により、照射欠陥発生に伴う障害物強度因子を高精度に求めることができることから、次年度はヘリウムイオン照射に伴うキャビティや転位ループのサイズや体積数密度を把握した後、主にキャビティについての障害物強度因子を調べる。転位のすべり面の違いが障害物強度因子に与える影響を評価し、照射硬化の結晶方位依存性に影響する照射欠陥種を明らかにする。
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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
本研究は材料硬化の機構論的評価手法として、TEM内引張「その場」観察法を用い、照射欠陥の障害物強度因子の定量的評価、並びに転位のすべり面（結晶方位）の違いが硬化や障害物強度因子にどのように影響するかを調べることを目的としている。今年度はタングステンでのTEM内引張「その場」観察の実験手法が確立でき、今後のヘリウムイオン照射のための技術的課題や照射条件等についても見当がついたため、照射硬化の機構論的評価を行うための実験体制が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はタングステン中の転位―キャビティの相互作用から得られる障害物強度因子と、転位のすべり面との関係を調べる。しかしながら、タングステンの照射硬化に伴う脆性破壊の影響（ヘリウムイオン照射に伴う脆化の影響）により、TEM内引張「その場」観察での引張試験中にタングステンが割れる（塑性変形しない）ことも考えられる。その場合はタングステンの結晶配向性や発生している照射欠陥種を加味した上で、ヘリウムイオン照射前後における硬さ試験の実施も検討する。照射欠陥のサイズや体積数密度等を調べた上で、ヘリウムイオン照射に伴う硬化量を把握し、今年度TEM内引張「その場」観察にて得られた結晶方位（引張方向）と転位のすべり面の割合とを関連付けることで、硬化・障害物強度因子と転位のすべり面との関係を調べる。
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| Causes of Carryover |
今年度、TEM内引張「その場」観察とヘリウムイオン照射実験を並行して進めることを予定していたが、実験難易度の高さからTEM内引張「その場」観察の実験に注力し、本格的なヘリウムイオン照射実験を次年度に持ち越したこと、並びに本研究の遂行に必要な物品を当初の予定よりも安価なもので代用できたため、残額が生じた。次年度は今年度に節約できた分も含め、ヘリウムイオン照射実験のための設備使用費、並びに材料や消耗品等の購入費に充てる予定である。
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