2014 Fiscal Year Annual Research Report
タングステンの熱疲労劣化挙動の学理究明による傾斜機能長寿命ダイバータ開発への挑戦
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26289351
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野上 修平 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00431528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江原 真司 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30325485)
涌井 崇志 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 助教 (70359644)
藪内 聖皓 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70633460)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 核融合炉 / ダイバータ / タングステン / 引張強さ / 延性 / 疲労寿命 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タングステン（W）ダイバータの主たる損傷事象は疲労であるため、き裂発生寿命の延伸、き裂成長の抑制、再結晶化の抑制などが必要である。これまで我々は、ナノ組織制御Wの優れた表面損傷耐性と高い再結晶化温度、ボイド分散強化Wの高い再結晶化温度とき裂成長抑制の可能性を明らかにした。本研究では、熱疲労劣化挙動の学理究明によりナノ組織制御材とボイド分散強化材を疲労の観点から最適化し、ボイド分散強化材の表面層にナノ組織制御材の優れた特性を付与した傾斜機能ダイバータ用Wを創生することを目的とする。これに対し、平成26年度は以下の成果を得た。
（１）試験実績のある疲労試験装置に対し、高温真空チャンバーを新たに付設し、ヘリウム注入材の高温真空中における疲労試験を実現する試験装置を構築した。
（２）種々の結晶粒径を有するボイド分散強化Wを製作した。結晶粒径は、添加するカリウム濃度や加工率などにより調整し、5μm程度から100μm程度までとした。次に、この開発材料の再結晶化温度を結晶粒径と硬さの熱処理による変化に基づき評価した。その結果、開発材料では1500～1800℃であり、同様の製法で製作された純Wに比べ約400℃の再結晶化温度の上昇に成功した。さらに、開発材料に対する高温引張特性評価と、共通勾配法に基づく疲労寿命評価を実施した。その結果、ボイド分散強化により引張強さは上昇したが、延性に変化は見られなかった。開発材料は、ITERなどで適用予定の材料に比べて強度は若干低いものの、延性は非常に高かった。その結果、開発材料の疲労寿命は、同材を上回ることが示唆された。
（３）平成27年度以降に実施するサイクロトロン加速器を用いたヘリウム注入実験に向け、その予備試験を実施した。その結果、Wの機械試験片全体にヘリウムを注入可能な80 MeVのα粒子による注入実験が新たに実施可能である見通しを得た。
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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
高温真空中における疲労試験を実現する試験装置の開発完了が若干遅れたため、開発材料の実際の疲労試験（平成26年度後半から27年度で計画）によるデータ取得はできなかった。しかし、代替として引張特性を適用した共通勾配法による疲労寿命評価は完了し、開発材料の良好な疲労特性を示唆する結果は得られた。疲労試験の開始は本報告時点では開始されているため、平成27年度以降の研究計画含め、今後の計画に問題はないと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、主として以下を実施し、本研究を推進する。
（１）平成26年度に開発したボイド分散強化タングステンに対する高温疲労特性評価を、同じく平成26年度に開発した高温疲労試験装置を用いて実施する。疲労寿命評価に加え、疲労寿命に至るまでのき裂発生・成長挙動を評価する。平成26年度に明らかにした開発材料の高温引張特性と、平成27年度に明らかにする予定の高温疲労特性について、核融合炉技術国際シンポジウム（ISFNT）などにおいて成果を発表する。
（２）種々の結晶粒径を有するナノ組織制御タングステンを、メカニカルアロイング（MA）と熱間等方圧プレス（HIP）を組み合わせた方法および合金元素添加と圧延およびスエージングを組み合わせた方法を用いて製作する（平成28年度まで継続）。製作時の最高温度は、傾斜機能タングステン製作時のナノ組織制御材付与プロセスにおける、ボイド分散強化材への影響を考慮し、ボイド分散強化材の再結晶化温度以下を目標とする。次に、ナノ組織制御タングステンに対する微細組織のキャラクタリゼーションおよび再結晶化温度の評価を実施する。再結晶化温度は、結晶粒径と硬度の熱処理による変化に基づき同定する。
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Research Products
(6 results)
