カスケード損傷における格子間原子集合体の一次元運動 -機構解明とモデリング-

• 研究課題/領域番号: 15K06663
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 広島工業大学 (2017-2018); 東北大学 (2015-2016)
• 研究代表者: 佐藤 裕樹 広島工業大学, 工学部, 教授 (20211948)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 照射損傷 / 原子力材料 / 結晶格子欠陥 / 透過電子顕微鏡 / 超高圧電子顕微鏡 / その場観察 / 分子動力学計算 / 一次元運動 / 損傷組織発達 / 格子欠陥 / 照射効果 / 格子間原子集合体 / 鉄鋼材料

研究成果の概要

超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射下その場観察と分子動力学法に基づく計算機シミュレーションを相補的に組み合わせて，鉄，銅，および実用鋼中の格子間原子集合体の一次元(1D)運動の素過程と関連する欠陥過程を調査した．溶質原子と残留不純物に加えて，低温では照射によって高濃度に蓄積される空孔も格子間原子集合体の１D運動を阻害しうることを見出した．また照射に誘起される空孔移動過程と高濃度空孔と格子間原子集合体の相互作用のモデルを提案した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

格子間原子集合体の1D運動に関する研究は主として計算機シミュレーションを用いて行われている．本研究は透過電子顕微鏡その場観察を利用して実際の材料中で生じている１D運動の基礎過程を調査した数少ない研究のひとつであり，他の研究では見落とされがちな項目に光を当てている．本研究で得られた知見は，高エネルギー粒子の照射を受ける材料の組織変化機構の理解を進展させ，将来の核エネルギー源の材料開発に資するものである．

研究成果

• [雑誌論文] Undersize solute element effects on defect structure development in copper under electron irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, T. Yoshiie and S. Arai
  • 雑誌名: Philosophical magazine 巻: 98 号: 8 ページ: 646-672
  • DOI: 10.1080/14786435.2017.1414326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissimilar-metals bonding between NIFS-HEAT-2 vanadium alloy and Hastelloy X nickel alloy by controlling intermetallics (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Fu, T. Nagasaka, T. Tanaka, A. Sagara, H. Serizawa, Y. Satoh
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 72 号: 4 ページ: 680-685
  • DOI: 10.1080/15361055.2017.1347469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Athermal migration of vacancies in iron and copper induced by electron irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, T.Sohtome, H. Abe, Y. Matsukawa, S. Kano
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 97 号: 9 ページ: 638-656
  • DOI: 10.1080/14786435.2016.1275867
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystallographic analysis on atomic-plane parallelisms between bcc precipitates and hcp matrix in recrystallized Zr-2.5Nb alloys (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsukawa, I. Okuma, H. Muta, Y. Shinohara, R. Suzue, H.L. Yang, T. Maruyama, T. Toyama, J.J. Shen, Y.F. Li, Y. Satoh, S. Yamanaka, H. Abe
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 126 ページ: 86-101
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2016.12.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reassessment of oxidation-induced amorphization and dissolution of Nb precipitates in Zr-Nb nuclear fuel cladding tubes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsukawa, S. Kitayama, K. Murakami, Y. Shinohara, K. Yoshida, H. Maeno, H.L. Yang, T. Toyama, K. Yasuda, H. Watanabe, A. Kimura, H. Muta, S. Yamanaka, Y.F. Li, Y. Satoh, S. Kano
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 127 ページ: 153-164
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.01.032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transition of creep mechanism by solute hydrogen in Zircaloy-4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Matsunaga, Hiromichi Hongo, Masaaki Tabuchi, Yuhki Satoh, Hiroaki Abe
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 684 ページ: 191-195
  • DOI: 10.1016/j.msea.2016.12.057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural stability of an as-fabricated 12Cr-ODS steel under elevated-temperature annealing (2017)
  • 著者名/発表者名: J.J. Shen, H.L. Yang, Y.F. Li, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 695 ページ: 1946-1955
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.11.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical Properties of Zircaloy-4 Cladding Tube by Advanced Expansion due to Compression (A-EDC) Test (2017)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhao, D. Kunii, T. Abe, H.L. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 58 号: 1 ページ: 46-51
  • DOI: 10.2320/matertrans.ML201601
  • NAID: 130006776970
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] A comparative study of hydride-induced embrittlement of Zircaloy-4 fuel cladding tubes in the longitudinal and hoop directions (2017)
  • 著者名/発表者名: Zishou Zhao, Daichi Kunii, Tomonori Abe, Huilong Yang, Jingjie Shen, Yasunari Shinohara, Sho Kano, Yoshitaka Matsukawa, Yuhki Satoh & Hiroaki Abe
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: 54 号: 4 ページ: 490-499
  • DOI: 10.1080/00223131.2017.1287603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current status of materials development of nuclear fuel cladding tubes for light water reactors (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhengang Duan, Huilong Yang, Yuhki Satoh, Kenta Murakami, Sho Kano, Zishou Zhao, Jingjie Shen, Hiroaki Abe
  • 雑誌名: Nuclear Engineering and Design 巻: 316 ページ: 131-150
  • DOI: 10.1016/j.nucengdes.2017.02.031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacancy effects on one-dimensional migration of interstitial clusters in iron under electron irradiation at low temperatures (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, Y. Abe, H. Abe, Y. Matsukawa, S. Kano, S. Ohnuki, N. Hashimoto
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 96 号: 21 ページ: 2219-2242
  • DOI: 10.1080/14786435.2016.1194533
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microstructure and mechanical property in heat affected zone (HAZ) in F82H jointed with SUS316L by fiber laser welding (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kano, A. Oba, H.L. Yang, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Serizawa, H. Sakasegawa, H. Tanigawa, H. Abe
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 9 ページ: 300-305
  • DOI: 10.1016/j.nme.2016.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precipitation of carbides in F82H steels and its impact on mechanical strength (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kano, H.L. Yang, R. Suzue, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Sakasegawa, H. Tanigawa, H. Abe
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 9 ページ: 331-337
  • DOI: 10.1016/j.nme.2016.09.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental assessment of temperature distribution in heat affected zone (HAZ) in dissimilar joint between 8Cr-2W steel and SUS316L fabricated by 4 kW fiber laser welding (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kano, A. Oba, H. L. Yang, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Serizawa, H. Sakasegawa, H. Tanigawa, H. Abe
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Letters 巻: 2 号: 0 ページ: 15-00481-15-00481
  • DOI: 10.1299/mel.15-00481
  • NAID: 130005152909
  • ISSN: 2189-5236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on recrystallization and correlated mechanical properties in Mo-modified Zr-Nb alloys (2016)
  • 著者名/発表者名: H.L. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y.F. Li, J.J. Shen, Z.S. Zhao, F. Li, Y. Satoh, H. Abe
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 661 ページ: 9-18
  • DOI: 10.1016/j.msea.2016.03.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of molybdenum on microstructures in Zr-1.2Nb alloys after β-quenching and subsequently 873 K annealing (2016)
  • 著者名/発表者名: H.L. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y.F. Li, J.J. Shen, F. Li, Z.S. Zhao, Y. Satoh, H. Abe
  • 雑誌名: Materials & Design 巻: 104 ページ: 355-364
  • DOI: 10.1016/j.matdes.2016.05.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural characterization and strengthening mechanisms of a 12Cr-ODS steel (2016)
  • 著者名/発表者名: J.J. Shen, Y.F. Li, F. Li, H.L. Yang, Z.S. Zhao, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Abe
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 673 ページ: 624-632
  • DOI: 10.1016/j.msea.2016.07.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of crystallographic mismatch on the obstacle strength of second phase precipitate particles in dispersion strengthening: bcc Nb particles and nanometric Nb clusters embedded in hcp Zr (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsukawa, HL. Yang, K. Saito, Y. Murakami, T. Maruyama, T. Iwai, K. Murakami, Y. Shinohara, T. Kido, T. Toyama, Z. Zhao, YF. Li, S. Kano, Y. Satoh, Y. Nagai, H. Abe
  • 雑誌名: ACTA MATERIALIA 巻: 102 ページ: 323-332
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.09.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of fabrication processing on the microstructure and mechanical properties of oxide dispersion strengthening steels (2016)
  • 著者名/発表者名: YF. Li, JJ. Shen, F. Li, HL. Yang, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh, HY. Fu, H. Abe, T. Muroga
  • 雑誌名: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A 巻: 654 ページ: 203-212
  • DOI: 10.1016/j.msea.2015.12.032
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional migration of interstitial clusters in SUS316L and its model alloys at elevated temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, H. Abe, Y. Matsukawa, T. Matsunaga, S. Kano, S. Arai, Y. Yamamoto and N. Tanaka
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 95 号: 14 ページ: 1587-1606
  • DOI: 10.1080/14786435.2015.1040100
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microstructural analysis of impurity segregation around beta-Nb precipitates in Zr-Nb alloy using positron annihilation spectroscopy and atom probe tomography (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, Y. Matsukawa, K. Saito, Y. Satoh, H. Abe, Y. Shinohara, Y. Nagai
  • 雑誌名: SCRIPTA MATERIALIA 巻: 108 ページ: 156-159
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2015.07.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of molybdenum on microstructural evolution and mechanical properties in Zr-Nb alloys as nuclear fuel cladding materials (2015)
  • 著者名/発表者名: HL. Yang, H. Abe, S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh
  • 雑誌名: JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY 巻: 52 号: 10 ページ: 1265-1273
  • DOI: 10.1080/00223131.2015.1040863
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Mo addition on precipitation in Zr-1.2Nb alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: HL. Yang, JJ. Shen, S. Kano, Y. Matsukawa, YF. Li, Y. Satoh, T. Matsunaga, H. Abe
  • 雑誌名: MATERIALS LETTERS 巻: 158 ページ: 88-91
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2015.05.144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of alloying elements (Sn, Nb, Cr, and Mo) on the microstructure and mechanical properties of zirconium alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: HL. Yang, JJ. Shen, Y. Matsukawa, Y. Satoh, S. Kano, ZS. Zhao, YF. Li, F. Li, H. Abe
  • 雑誌名: JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY 巻: 52 号: 9 ページ: 1162-1173
  • DOI: 10.1080/00223131.2014.996622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of post-weld heat treatment and neutron irradiation on a dissimilar-metal joint between F82H steel and 316L stainless steel (2015)
  • 著者名/発表者名: HY. Fu, T. Nagasaka, N. Kometani, T. Muraga, WH. Guan, S. Nogami, K. Yabuuchi, T. Iwata, A. Hasegawa, M. Yamazaki, S. Kano, Y. Satoh, H. Abbe, H. Tanigawa
  • 雑誌名: FUSION ENGINEERING AND DESIGN 巻: 98-99 ページ: 1968-1972
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2015.06.079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of advanced expansion due to compression (A-EDC) test method for safety evaluation of degraded nuclear fuel cladding materials (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Abe, T. Abe, S. Kishita, S. Kano, YF. Li, HL. Yang, K. Tawara, Y. Matsukawa, Y. Satoh
  • 雑誌名: JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY 巻: 52 号: 10 ページ: 1232-1239
  • DOI: 10.1080/00223131.2015.1056560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accumulation of plastic strain in Zircaloy-4 at low homologous temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaga, Y. Satoh, H. Abe
  • 雑誌名: JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS 巻: 465 ページ: 358-363
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.06.018
  • 査読あり
• [学会発表] Effect of one-dimensional migration of self-interstitial atom clusters on their nucleation and growth behaviour in alpha-iron under electron irradiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe and Y. Satoh
  • 学会等名: 5th Nuclear Materials Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 電子照射に誘起される空孔の非熱的移動過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 五月女 貴平、佐藤 裕樹、阿部 弘亨、松川 義孝、叶野 翔
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 電子照射下における鉄の空孔の非熱的移動過程の分子動力学計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤裕樹
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-03-24
• [備考] 原子力材料工学講座
  • URL: http://nuclmater.imr.tohoku.ac.jp/index.html