Study on hydride precipitation and hydrogen embrittlement in Zr claddings by fabrication of metastable Zr hydride
| Project/Area Number |
20H02666
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
牟田 浩明 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (60362670)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | Zr水素化物 / 燃料被覆管 / 水素化物 / 水素脆化 |
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| Outline of Research at the Start |
軽水炉燃料被覆管として用いられているZr合金において、脆いδ相Zr水素化物の析出による脆化が問題となっている。この水素脆化のメカニズム解明のためには、δ相Zr水素化物の前駆体である準安定γ相Zr水素化物、またδ相Zr水素化物の破壊靭性の評価が必要である。本研究ではこれまで培ってきた水素化物作製技術を発展させ、これらの合成と評価に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
軽水炉燃料被覆管の主要な健全性低下要因として、水素脆化があげられる。被覆管の主要成分であるジルコニウムの水素化物には、準安定相であるγ相、安定なδ相とε相があり、それぞれ水素化物の析出過程と被覆管の脆化に関わっている。本研究ではこれまで報告例のないバルク準安定γ相水素化物の合成・評価、また単結晶δ相水素化物の合成と物性の結晶方位依存性の評価に基づき、被覆管の水素化過程の解明ならびに水素脆化のより正確な定量的評価を行うことを目的とする。これまで培ってきた水素化物作製技術を活かし、物性評価が可能なサイズのγ相水素化物を合成するほか、著しい結晶面依存性を示すδ相水素化物の機械的特性を評価する。
準安定γ相ジルコニウム水素化物の合成のため、本年度は所有するジーベルツ装置の一部を変更し、高温で水素ガスを吸収させたのち、急冷・熱処理を試みた。室温でのEBSD観察の結果、厚さ10μｍ程度のγ相水素化物が金属ジルコニウム相とδ相水素化物の間に形成されていることが確認できた。特に急冷条件に依存して厚さが変化する傾向が得られている。またδ相水素化物の評価においては、破面観察を行い（111）および（110）がへき開面であることを確かめた。続いて単結晶水素化物の合成に取り組み、出発物質として単結晶金属ジルコニウムなどを用いて水素化条件の調整を試み、ミリメートルサイズの粒径を持たせることができた。物性評価に用いることができる形状および配向性の調整に現在取り組んでいる。
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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
あげた項目のうち、準安定γ相Zr水素化物の合成には概ね成功している。封入容器の調整などにより次年度の物性評価に取り組める予定である。単結晶δ相Zr水素化物の合成については大粒径化に成功するに留まり、単結晶といえる試料が出来ておらず、次年度の機械的特性評価に遅れが生じているが、全体としては概ね順調に進んでいると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
より物性評価を容易とするためのγ相水素化物の大型化については、急冷条件に依存するという今年度得られた知見をもとに、封入容器を石英から金属製のものに変更するなどして対応する。その後微小押し込み試験による機械的特性評価、相変態温度、比熱容量の測定などを進める。δ相Zr水素化物については３点曲げ試験用アタッチメントを購入し、試験準備を進めるほか、その測定用の大粒径Zr水素化物試料の調整を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
