中性子デバイリング測定と角度発散光学の組み合わせによる残留応力分布評価の高度化

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04731
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岩本 ちひろ 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (50649770)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高村 正人 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 客員研究員 (00525595) ; 藤田 訓裕 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (60532364) [Withdrawn] ; 徐 平光 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (80554667) ; 小泉 智 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00343898)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 角度分散型中性子回折法

Outline of Annual Research Achievements

自動車や航空機、船舶、原子力プラントなどの安全性、信頼性の担保が必要不可欠とされる中、材料の遅れ破壊や疲労破壊、応力腐食割れなど予期せぬ破壊の発生による事故を防ぐために、残留応力を低減するような接合・加工法の開発が重要である。本研究の目的は、日常的に加工法を変えながら残留応力測定を非破壊で行なうことが可能な小型中性子回折装置を実現することである。

そのために、本研究では角度分散型中性子回折法を採用し開発を進めている。この手法を用いることで、小型中性子源において問題となるバックグラウンド中性
子を減らし回折中性子測定精度を向上させることができる。一方で、試料に照射される中性子ビーム強度が低いデメリットを補うために、標準関数による明確な回折線分布解析手法の開発、2次元検出器を用いたデバイリングの測定、モノクロメーターとマルチピンホールコリメータを組み合わせた測定精度とビーム強度のバランスの研究を行なう必要があった。

2023年度は、マルチピンホールコリメータを入れずに小型中性子源における角度分散型中性子回折によるデバイリング計測ををシミュレーションを実施し、モノクロメーターに入射するビームの幅をモノクロメーターのサイズに最適化してデバイリングの測定が可能であることを確認した。2024年度は、モノクロメーターのサイズの最適化に集中して開発を行なって、小型中性子源におけるデバイリング測定を実現する。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究代表者の体調不良による長期療養により、予定していたモノクロメーターサイズの最適化設計とそれを用いた実証実験を実施することができなかったため、進捗が遅れている。
一方で、シミュレーションにより、まずはマルチピンホールコリメータを使用せずにデバイリング測定が可能となると予測できたため、今後はモノクロメーター側の開発に絞って研究を遂行する予定である。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、モノクロメーターのサイズの最適化を行なったうえで製作し、その後2次元検出器を用いた中性子デバイリング測定のトライアル実験を実施する。すでに所有している検出器を使用することで最適な検出器の設置方法を決定しながらトライアル実験を実施可能である。得られたトライアル実験データを角度分散型回折線分布特有の関数でフィッティングしながら、より高分解能化を狙ったマルチピンホールコリメータの設計および導入の議論を行なう。

Causes of Carryover

研究代表者の体調不良による長期療養により、予定していたモノクロメーターおよびマルチピンホールコリメータの設計と購入、およびそれを用いた実証実験を実施することができなかったため、次年度使用額が生じた。
一方で、シミュレーションにより、まずはマルチピンホールコリメータを使用せずにデバイリング測定が可能となると予測できたため、今後はモノクロメーターおよびそれに付随させるコリメータの開発に絞って研究を遂行する予定である。