2012 Fiscal Year Annual Research Report
先端ナノ組織分析による事故時加熱環境を考慮した原子炉構造材料の劣化機構解明と予測
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24246155
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
永井 康介 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10302209)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 耕治 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50344718)
清水 康雄 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581963)
外山 健 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50510129)
松川 義孝 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70566356)
西山 裕孝 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 安全研究センター, グループリーダー (60414596)
勝山 仁哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 安全研究センター, 研究副主幹 (00403155)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 圧力容器 / 事故時加熱環境 / 陽電子消滅 / 3次元アトムプローブ / 劣化機構 |
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| Research Abstract |
福島第一原発事故以来、国民の原子力に対する安全への要請は極めて高くかつ緊急課題である。本研究では、従来は想定していない高温環境に原子炉構造材料が曝されたときに、材料に生じる変化を最新のナノスケールの分析手法で明らかにし、それが材料の機械的特性等に与える影響を解明し予測することを目的とする。初年度であるH24年度の成果は以下の通りである。(1)試料準備：圧力容器を模擬した試料（低合金鋼（A533B）や肉盛り溶接ステンレス鋼）を作製した。不純物（Cu, P, S等）やステンレス（SUS308相当）中のフェライト量を制御し、第一世代炉、第二世代炉を模した組成・組織を再現した。試料の一部はベルギー研究炉BR-2にて中性子照射を行った。(2) 照射試料測定用の陽電子消滅高温その場測定チェンバの開発・製作：稼働時の温度より数百℃程度高温でどのような組織変化が起きるか、特に照射欠陥の回復とそれに伴う溶質・不純物原子の拡散促進によるクラスター形成を明らかにするために、放射化した中性子照射試料の陽電子消滅測定が高温その場で行うことのできる試料チェンバを開発した。(3)未照射試料のナノ組織解析：高温環境に暴露された未照射材料の３次元アトムプローブ測定等を行い、ナノ組織変化を明らかにした。特に、肉盛り溶接ステンレス鋼では、δフェライト相中でCrのスピノーダル分解やNiMnSiクラスターが形成されることを定量的に明らかにした。その結果、材料は硬化するが、その主因はCrのスピノーダル分解であることを解明した。(4) 高温における圧力容器本体の低合金鋼及び肉盛り溶接ステンレス鋼の強度変化を評価する試験として、δフェライト相等の微小領域のナノ硬さや界面強度に関する試験条件等の最適化を行った。また、有限要素法を駆使して、材料内の不均質な応力分布を評価するための解析手法を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H24年度は本課題の初年度であるため、主として試料の準備や、装置の開発に集中して研究を進める計画であった。これらは順調に進んだ。さらに、H25年度以降に計画していた既存の材料や分析装置を活用した実験を進め、圧力容器の肉盛り溶接ステンレスの組織変化とそれが機械的特性に与える影響について明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題は、先端の分析手法を駆使することが特徴である。初年度には陽電子を用いたその場測定チェンバ等を完成させた。今後はこれを活用して、材料のナノ組織変化を詳細に明らかにしていく予定である。なお、当初の研究計画ではJMTRによる照射を計画していたが、現時点では東日本大震災後まだ再稼働していない。このため、海外の研究炉（ベルギー原子力研究所SCK/CENのBR2炉）を代替として利用を継続する。これまでにもBR2炉での材料照射の経験はあり、研究遂行には問題はない。
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[Presentation] Crystal Structure Analysis of Nanometer-Sized G-Phase Precipitates in a d/ Duplex Stainless Steel Weld Overlay Cladding of Light-Water Reactor Pressure Vessel Steels2013
Author(s)
Y. Matsukawa, T. Takeuchi, Y. Kakubo, N. Ebisawa, Y. Nozawa, T. Toyama, Y. Yamaguchi, J. Katsuyama, Y. Nishiyama, Y. Nagai
Organizer
TMS2013
Place of Presentation
San Antonio, USA
Year and Date
20130303-20130307
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[Presentation] Microstructure and micro-chemical composition of advanced fuel cladding material “J-AlloyTM"2012
Author(s)
Y. Matsukawa, Y. Murakami, K. Saito, T. Toyama, Y. Nagai, T. Maruyama, T. Matsumoto, H. Muta, M. Yamaguci, Y. Shinohara, H. Abe
Organizer
NuMat2012
Place of Presentation
大阪
Year and Date
20121021-20121025
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