2022 Fiscal Year Final Research Report

Studies of positive muon diffusion and trapping by Muon Spin Rotation and Relaxation method to understand hydrogen embrittlement in Fe alloys

Research Project

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Project/Area Number	20H02037
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	Nishida Nobuhiko 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先端基礎研究センター, 嘱託 (50126140)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊藤孝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先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10455280) 森永正彦公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 研究員 (50126950) 髭本亘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先端基礎研究センター, 研究主幹 (90291103)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	水素脆化 / ミュオンスピン回転・緩和法
Outline of Final Research Achievements	As the positive muon behave as a pseudo-hydrogen in the materials, we have obtained microscopic information about the interaction between hydrogen and the principal alloying elements, oxygen carbon and nitrogen in steels and the influence of the local strain around impurity atoms on the hydrogen diffusion by μ+SR measurements of the μ+ diffusion and trapping. The experimental results are compared with the 1st.principle calculation of the density functional theory whose effectiveness have been discussed. The experiments were performed at the muon research facility MUSE at J-PARC in Japan and the experiments with high time resolution at the muon research facility MMS at TRIUMF in Canada.
Free Research Field	実験物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	鉄鋼への水素溶解度が小さいために鉄鋼中の水素の拡散・捕獲を微視的に調べられる方法がなかった。μ+SRにより鉄鋼の主要合金元酸素、窒素、炭素と水素との相互作用、局所歪が拡散に及ぼす影響が初めて測定された。密度汎関数法による第１原理計算と定量的な比較が可能であり、理論計算の有効性に知見を与えることができた。特に鉄鋼中酸素と水素との相互作用が引力であるとの結果を初めて得た。これらは鉄鋼水素脆化の問題理解に大きな貢献をすると考える。