2012 Fiscal Year Research-status Report
超高照射量領域での原子炉材料の力学挙動の実験／モデルによる推定
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23561022
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| Research Institution | Fukushima National College of Technology |
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Principal Investigator |
實川 資朗 福島工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80354835)
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| Keywords | 原子力エネルギー / 構造・機能材料 / 格子欠陥 / 加速器 / 弾き出し損傷 / 照射脆化 / 照射硬化 / ヘリウム脆性 |
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| Research Abstract |
核融合プラントの検討で、1000dpaを越える極めて高い照射損傷量での耐久性が必要になるとの見解が示された。福島での事故を受けて、軽水炉の使用期間が短くなる傾向は有るが、部材によっては、核分裂炉でも弾き出し損傷量が100dpa、核変換生成ヘリウム量が5000appmに達すると思われる。さらに、高レベル廃棄物容器の部材に、長期間の保管中に極めて高いレベルの損傷が作用し、しかも、損傷を受ける領域が広がり続ける懸念が指摘された。加えて、カナダの重水炉では、多量のヘリウム原子の生成による炉心部品の破損も発生しつつ有ると聞く(この損傷の機構は、本課題の提案時に予見していたものの一つである)。
このように、高損傷領域での材料挙動の把握の必要性は、機器の安全性維持の視点からも高まりつつあると言える。本研究では、照射損傷速度が高い加速器によるイオン照射を用い、超高照射損傷領域での構造材料の挙動を、損傷機構モデル構築を行いつつ明らかにすることを目指す。なお、福島第一原発での照射損傷量は、炉型が沸騰水型であることもあり比較的低いが、高温での損傷が加わった結果、本研究での知見を残存強度の推定に活かせる部分があり、このような課題への適用も視野に入れる。
H24年度には、H23年度に引き続き、イオン照射により高い損傷量を導入した試料の作製を行った。また、微小な領域から強度特性を評価する試験装置の設計を進めつつ、機器の製作準備を行った。さらに、微細組織と強度特性の関係についてのモデル化を進めた。なお、東日本大震災により照射装置のマシンタイムの減少等が継続して生じているが、試料の作製方法を工夫し、弾き出し損傷量については、目標の70%程度を達成し、He注入量については、目標値を越える10000appm以上まで実施した。一方、モデリングについては、その場観察法を用いた微細組織の形成モデルの検討を進めた。
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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
概要で記したように、東日本大震災の影響で生じた進捗の遅れについては、照射実験方法に工夫を行うことで、目標値に近いレベルへの到達が見込めるようになってきた。また、微細領域から強度特性を測定する機器の開発については、建家の修復(震災の影響からの)に伴い生じた遅れを取り戻しつつ有り、試験片の変形方法を定め、機器の重要部分の設計を進め、製作段階に達することができた。イオン照射のマシンタイムも減少したが、本課題を優先して進めること、及び試料の製作方法工夫することで効率を高め、ヘリウム原子の注入量については、当初の目標を超え、はじき出し損傷に関しても70%程度に到達した。はじき出し損傷量の付与は比較的難度は高いが、ヘリウム原子の影響による問題が、より明瞭に現れる知見がでてきており(カナダの重水炉の炉心等)、全体的には、ヘリウム原子による損傷への扱いを強めることが合理的である。この点から考えると、震災の影響による照射計画の遅れの影響は克服できつつ有る。
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| Strategy for Future Research Activity |
H24年度の当初に出した方針であるが、加速器によるイオン照射については、カナダの重水炉での知見等を受けて、弾き出し損傷に比べて、ヘリウム原子による損傷(材料挙動の変化)に重点をおく方向で進めている。例えば、H24年度の当初に、東日本大震災によるマシンタイムの減少への対応を含めて、弾き出し損傷量の最高値を300-500dpaに減じた。これに伴う現在までの達成度は、70%程度となっており、H25年度の途中で、概ね達成できると考える。ヘリウム量に関しては、10000appmを越える領域を対象とするよう変更してきているが、これについて、既に達成できた試料が得られている。一方、微小領域での強度測定に用いる試験片変形機器については、これまでに変形機構の駆動方法を定め、さらに重要部分についての製作を開始する段階に達した。今後は、この完成と稼働に注力することで、期間内に、超高損傷領域での材料損傷について把握する。加えて、本課題でのターゲットである、比較的、軽水炉や核融合装置のような、低い温度領域での金属材料における損傷に加え、さらに温度が高い領域や、ガラスやセラミック等の高損傷量領域での挙動を解明する展開も模索したいと考える。一方、原子力関連の活動としては、東日本大震災での福島第一原発への寄与も検討すべきである。高温では、軽水炉材料であっても、核変換生成ヘリウム原子のよる損傷の影響が強く表れることが知られている。原発事故では、既に、温度は低下しているが、高温を経験したことによる脆化等の変化についても評価を早めに行うことが必要と考えられる。このような取り組みへの照射試料の適用も検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本課題では、イオン照射による、超高損傷領域の損傷を与えた、ステンレス鋼等の試料の作製、照射試料の電子顕微鏡及び極微小領域強度試験機による照射脆化等の評価、微細組織と強度に関するモデリング及び研究の発表を行う。これらのうち、イオン照射については、概ね、達成の見通しがついている。一方、極微小領域強度試験機については、製作に取りかかるところであり、これを優先して進め、引き続き、照射材の微小領域の強度評価を行うことで、微細組織観察のみでは評価が困難である「破壊条件への照射の影響」(特に、超高損傷領域)を半定量的に評価し、微細組織観察の結果と合わせることで、破壊条件へのヘリウム原子の効果等についてのモデルを構築する。なお、今年度中に、成果の一部を国際会議で発表することを予定する。
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