Measurement Technology for Irradiation Defect Behavior Reveals Dose Rate Effects in Reactor Material Degradation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01857
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Murakami Kenta 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50635000)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 叶野 翔 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (00742199) ; 鈴木 達也 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70323839)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 原子力材料 / イオンビーム / 照射欠陥

Outline of Final Research Achievements

An efficient screening method for dose rate effects in neutron irradiation degradation of nuclear materials has been developed. The principle of the method is to focus on the temporal and spatial correlation between two neutron-induced disturbances in the material, and to evaluate their superposition probabilities.
The classical diffusion model based on low-temperature irradiation and the residual electrical resistivity method is reviewed using the latest displacement damage evaluation method, which indicates that the scattering of free electrons by irradiation defects should be taken into account based on the heterogeneity of the irradiation defect density.
Combination irradiation of bulk irradiation and in-situ observation in stainless steels was performed using an accelerator-coupled TEM. The absorption of defects by additional irradiation to existing dislocation loops shows a unique dose-rate dependence with the dependence on the trace elements in the material.

Free Research Field

原子力工学、固体物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって、金属の格子欠陥の研究に関する基盤的な実験設備を維持し、技術（特に、照射下における転位ループのin-situ実験技術）を発展させることができた。これらの設備及びノウハウは、共同利用施設として全国のユーザに公開されている。
照射影響における線量率の効果に関して得られた知見は、軽水炉を長期間使用する際に留意すべき経年劣化事象の評価に役立ていることができる。特に、原子炉圧力容器の中性子照射脆化については、本研究のような理論や劣化モデルに基づく研究と、産業界で実施されている実際のプラントのデータに基づく研究を、上手く組み合わせて丁寧な評価を行うことが期待される。