セラミックスコーティングを用いた核融合炉用先進的超伝導線材の開発と評価

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420856
• Research Institution: Daido University
• Principal Investigator: 町屋 修太郎 大同大学, 工学部, 准教授 (40377841)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西島 元 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (30333884) ; 長村 光造 公益財団法人応用科学研究所, その他部局等, 研究員 (50026209)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: アンモニア窒化 / Ｘ線応力測定 / ひずみ測定 / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、スタートの年度であり、主にアンモニア窒化装置の準備に充てていた。共同研究者所属の応用化学研究所の方で、窒化用の高温用ガス通過型の電気炉を試作的に導入した。これは、これまでの電気炉では、温度均一部が小さく、線材全体の均一に窒化処理することが困難であったためである。この電気炉の導入の結果、温度均一域が広くなり、長めの線材においても、窒化処理が可能となった。また窒化層の厚み向上のための、条件出しも開始しており、数um程度の窒化層は容易に生成できるようになった。さらなる厚みを目指して開発を続けたい。
Ｘ線応力測定については、Nb3Sn線材を軸方向にハーフカットし樹脂埋め込みした状態でＸ線回折測定を試みた。Cu-Kα線を用いたところ、高角度域にNb3Sn単独ピークを確認しており、Ｘ線応力測定に有望な回折面である。ただし、セラミックス全体の問題であるが回折線が弱く、ローターターゲットを用いても、５本の線材から１回折線を測定するのに１時間程度必要となっている。当初目的の単一線での引張における測定は困難かもしれないことが明らかになった。放射光などの、他の高強度Ｘ線施設での実験も視野に入れてみたい。
また、Nb3Snのフィラメントの中央部に残留のＮｂがあり、フィラメント自体に残留応力が含まれている可能性があることからＸ線応力測定を試み、ほぼ残留応力がないことを実験により明らかにした。十分な量のフィラメント単体では、問題なくＸ線応力測定が適用可能であることが示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

共同研究者所属の応用化学研究所の方で、窒化用の高温用ガス通過型の電気炉を試作的に導入した。これにより、線材用のアンモニア窒化装置が導入できたことから、アンモニア窒化の条件だし、および試作線材の開発が進むことが予想される。これからは、より厚みのある窒化層を生成できるよう開発を続けていきたい。
今年度は、フィラメント自体に残留応力が含まれている可能性があることからＸ線応力測定を試み、ほぼ残留応力がないことを実験により明らかにした。フィラメント単体では、問題なくＸ線応力測定が適用可能であることが示された。ただし線材単体で、実験を行ったところ、５本の線を同時に測定にしたにもかかわらず、測定には、１時間以上かかっており、単線での実験では、回折強度問題は解決しなければならない問題である。高強度Ｘ線源として放射光の利用も考えていきたい。
また、Ｘ線装置用の引張試験装置の製作は遅れているが、図面は起こしており、１年遅れで今年度製作したいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

窒化用の高温用ガス通過型の電気炉を試作的に導入し、温度均一域が広くなり、長めの線材においても、窒化処理が可能となった。10cm程度の長さの窒化処理線材を試作して、引張試験および、線膨張係数の測定を行っていきたい。
ラボＸ線で、簡便に応力測定を行う技術開発を行うことを目的としていたが、線材単体で、実験を行ったところ、５本の線を同時に測定にしたにもかかわらず、測定には、１時間以上かかっており、ローター管球のＸ線装置を使っても単線での実験ではラボＸ線では現実的でないことが明らかとなった。高強度Ｘ線源として放射光の利用も考えていきたい。
ラボＸ線用の引張試験機を開発してきたが、大学で利用できるローター管球のラボＸ線装置を用いても、回折線強度の弱さから、単線でのＸ線応力測定は難しいようである。より高強度なＸ線源として放射光施設の利用を見据えて、放射光用の装置の開発に切り替えていく可能性も考えたい。
単線の引張については、ラボＸ線の適用は難しいが、製作が終了した室温状態でのスタティックな状態でのフィラメントの残留応力については、本数を稼いで測定することができる。この応力測定法で窒化処理後の残留応力の違いなどが測定できるか、実験・検討を行っていきたい。

Causes of Carryover

今年度、ラボＸ線用Ｘ線装置で使用できる引張試験機を開発してきたが、大学で利用できるローター管球のラボＸ線装置を用いても、回折線強度の弱さから、単線でのＸ線応力測定は難しいようである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

より高強度なＸ線源として放射光施設の利用を見据えて、放射光用の装置の開発に切り替えていく可能性も考えたい。