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衝撃と放射線に強い高機能材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 16206097
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 原子力学
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

川合 將義  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (10311127)

研究分担者 栗下 裕明  東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (50112298)
粉川 博之  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10133050)
義家 敏正  京都大学, 原子炉実験所, 教授 (20124844)
菊地 賢司  日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主席 (70354769)
渡辺 精一  北海道大学, エネルギー変換マテリアル研究センター, 教授 (60241353)
二川 正敏  日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主席 (90354802)
川崎 亮  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50177664)
原 信義  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40111257)
神山 崇  高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (60194982)
山村 力  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80005363)
研究期間 (年度) 2004 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
50,180千円 (直接経費: 38,600千円、間接経費: 11,580千円)
2006年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
2005年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
2004年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円)
キーワード高エネルギー量子場 / 宇宙材料 / 放射線損傷 / 衝撃損傷 / メカニカルアロイング / 粒界工学 / 表面改質法 / 照射後試験 / タングステン / 粒界制御材 / ステンレス鋼 / タンタル被覆タングステン / Nb-Al複合材 / 亀裂伝播阻止機能 / 陽電子消滅法 / Nb-Al合金 / 粒界制御法 / CrN被覆 / アークイオンプレーティング / 水銀標的 / バブルダイナミクス / キャビテーション / 材料開発 / 衝撃 / 放射線 / ターゲット / 宇宙 / セラミックス / 構造材 / ナノ材料
研究概要

核破砕場と宇宙を対象として、耐衝撃特性と耐放射線損傷の強い材料の開発研究を行った。
主要な結果は以下の通りである。(1)核破砕中性子源の固体ターゲット材用に炭化チタン分散型の高靭性タングステンをメカニカルアロイング法により開発し、タングステン材料では世界で初めて超塑性を実現できた。(2)ターゲット等の構造材として重要なステンレス鋼について、耐放射線特性を向上させるため、加工熱処理により多数の焼鈍双晶を導入することによって低エネルギー構造粒界(対応粒界)を高頻度かつ均一分散させた粒界制御したステンレス鋼を創出した。(3)タングステンの腐食と放射化の問題を解決すべく、イオンプレーティングでのPVD法および2重ビーム法、電気化学法によってタングステン板の周囲に安定してCrNの薄膜層を形成できた。(4)水銀ターゲット容器壁やビーム窓のピッティング対策として、高速度ビデオによってバブル形成の機構を明らかにするとともに、(5)ステンレス鋼の表面改質効果を調べ、とりわけ窒化および侵炭法の複合的な表面処理によって、ピッテング損傷の進展を一桁送らせることができた。(6)宇宙材料として、アルミニウム-チタン系の高靭性複合セラミックスを開発した。(7)宇宙塵が衝突した際の亀裂伝播を防止する機能を付与したニオブ-アルミ系の合金を開発した。上記の材料について機械試験や腐食試験を行い、所定の機能を持っていることを評価した。(8)MW級の固体ターゲット用にHIP法(熱間静水圧加圧法)によって開発したタンタル被覆のタングステン薄板を高温からの急冷試験を行い、破損が生じず、冷却水の喪失事故時に対応可能なことが確認できた。(9)陽電子消滅法により、粒界制御の工程がステンレス鋼に損傷を与えない事、材料試験炉での中性子照射損傷効果を明確にした。(10)超高圧電子顕微鏡の電子線および陽子ビームを用いた照射シミューション実験にて、粒界制御材が普通材に比べて放射線損傷に強そうだというデータ、さらにニオブ-アルミ系の合金が期待した中間金属を形成し、亀裂伝播の防止機能を持っていそうだという結果を得た。(11)さらに材料の放射線損傷試験として、スイスの核破砕中性子源施設に送って放射した材料の照射後試験を行った。その結果、日本のステンレス鋼JPCAが、3dpa以上の照射でも伸び特性を持っている事、生成ガスの保持量を明らかにできた。以上で、損傷研究の基礎的な手法が得られた。
今後、損傷データの一層の採取と理論的研究を通じてさらなる材料開発研究に展開したい。

報告書

(4件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2007 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (22件) 図書 (4件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Superplastic Deformation of W-0.5wt%TiC with Approximately 0.1 μm Grain Size2007

    • 著者名/発表者名
      H.Kurishita, S.Matsuo, H.Arakawa, S.Kobayashi, K.Nakai, T.Takida, K.Takebe, M.Kawai
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Eng. (印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Current status of ultra-fine grained W-TiC development for use in irradiation environments.2007

    • 著者名/発表者名
      H.Kurishita, M.Kawai, 他
    • 雑誌名

      Physica Scripta T128

      ページ: 76-80

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Grain Boundary Engineering of High Nitrogen Austenitic Stainless Steel,2007

    • 著者名/発表者名
      H.Kokawa, 他
    • 雑誌名

      Materials Science Forum, 539-543

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of Resistant Materials to Beam Impact and Radiation Damage2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kawai, H.Kokawa, H.Okamura, A.Kawasaki, T.Yamamura, N.Hara, M.Futakawa, K.Kikuchi
    • 雑誌名

      J. Nuclear Materials 356,1-3

      ページ: 16-26

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Evaluation of residual tritium in stainless steel irradiated at SINQ target 32006

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kikuchi, Hirofumi Nakamura, Kazufumi Tsujimoto, Kazuhiro Kobayashi, Sumi Yokoyama, Shigeru Saitoh, Toshihiko Yamanishi
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 356,1-3

      ページ: 157-161

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of pitting damage on fatigue limit and life time in mercury target2006

    • 著者名/発表者名
      M.Futakawa, T.Naoe, H.Kogawa, M.Teshigawara, Y.Ikeda
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 356,1-3

      ページ: 168-177

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Development of Resistant Materials to Beam Impact and Radiation Damage2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kawai, H.Kokawa, H.Okamura, A.Kawasaki, T.Yamamura, N.Hara, M.Futakawa, K.Kikuchi
    • 雑誌名

      J. Nuclear Materials 356

      ページ: 16-26

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Evaluation of residual tritium in stainless steel irradiated at SINQ target 32006

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kikuchi, Hirofumi Nakamura, Kazufumi Tsujimoto, Kazuhiro Kobayashi, Sumi Yokoyama, Shigeru Saitoh, Toshihiko Yamanishi
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials 356

      ページ: 157-161

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of pitting damage on fatigue limit and life time in mercury target2006

    • 著者名/発表者名
      M.Futakawa, T.Naoe, H.Kogawa, M.Teshigawara, Y.Ikeda
    • 雑誌名

      J. Nucl. Mat. 356

      ページ: 168-177

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Radiation-induced glass transition and structural fluctuation in NiTi metallic glass system2006

    • 著者名/発表者名
      S.Watanabe
    • 雑誌名

      AIP proceedings 832

      ページ: 109-112

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Development of resistant materials to beam impact and radiation damage2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kawai, 他
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 356

      ページ: 16-26

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Twin-induced grain boundary engineering for 316 austenitic stainless steel,2006

    • 著者名/発表者名
      M.Michiuchi, H.Kokawa, 他
    • 雑誌名

      Acta Materialia, 54-19

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Weld decay-resistant austenitic stainless steel by grain boundary engineering2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kokawa
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 40,4

      ページ: 927-932

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Factors That Influence Cascade-Induced Defect Growth in Pure Metals and Model Alloys2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yoshiie
    • 雑誌名

      Materials Transactions 46

      ページ: 425-432

    • NAID

      10015578501

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Weld decay-resistant austenitic stainless steel by grain boundary engineering2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kokawa
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 40(4)

      ページ: 927-932

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Weld decay-resistant austenitic stainless steel by grain boundary engineering,2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kokawa
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science 40-4

      ページ: 927-932

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of Grain Boundary Character Distribution on Stress Corrosion Cracking Behavior in Austenitic Stainless Steels2005

    • 著者名/発表者名
      R.Ishibashi, H.Kokawa他
    • 雑誌名

      Materials Science Forum 475-479/1-5

      ページ: 3863-3866

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Micro-Impact Damage Caused by Mercury Bubble Collapse2005

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Futakawa 他
    • 雑誌名

      JSME International Journa 48

      ページ: 234-239

    • NAID

      110004820562

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Technique for cladding of poison sheets for Cd-poisoned moderator2005

    • 著者名/発表者名
      M.Kawai 他
    • 雑誌名

      J.Nuclear Materials 343

      ページ: 145-153

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] ボイドを含むニッケルの水素吸蔵・放出挙動2004

    • 著者名/発表者名
      何清春, 義家敏正, 徐 ぎゅう, 佐藤紘
    • 雑誌名

      2004年日本金属学会秋大会予稿集(平成16年9月28日-30日秋田大学)

      ページ: 1-1

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 陽電子消滅分光法による各種の塑性変形したFe-Cu合金中に生成する点欠陥量の評価2004

    • 著者名/発表者名
      三苫孝太郎, 義家敏正, 佐藤紘一, 徐ぎゅう
    • 雑誌名

      「放射線と原子核をプローブとした物性研究の新展開」研究会 平成16年11月16-17日 京都大学原子炉実験所

      ページ: 6-6

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Superplastic Deformation of W-0.5wt%TiC with Approximately 0.1 μm Grain Size

    • 著者名/発表者名
      H.Kurishita, S.Matsuo, H.Arakawa, S.Kobayashi, K.Nakai, T.Takida, K.Takebe, M.Kawai
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Eng. (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [図書] KEK Proceedings 2006-11, Proceedings of 6^<th> Workshop on the Materials Science and Technology for Spallation Neutron Source2006

    • 著者名/発表者名
      川合將義, 菊地賢司編
    • 総ページ数
      250
    • 出版者
      高エネルギー加速器研究機構
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] ハイパワー核破砕中性子源用固体ターゲットへの展望2005

    • 著者名/発表者名
      古坂通弘, 川合將義, 他
    • 総ページ数
      68
    • 出版者
      高エネルギー加速器研究機構
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [図書] ハイパワー核破砕中性子源用固体ターゲットへの展望2005

    • 著者名/発表者名
      古坂道弘, 川合將義他
    • 総ページ数
      68
    • 出版者
      高エネルギー加速器研究機構
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] 第6回核破砕中性子源用材料の科学と技術の研究会のプロシーディングス2005

    • 著者名/発表者名
      川合將義, 菊地賢司編
    • 総ページ数
      210
    • 出版者
      高エネルギー加速器研究機構
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [産業財産権] 制御された液中プラズマ放電によるナノ粒子を含むナノスケール機能性材料要素の製造方法2007

    • 発明者名
      渡辺精一他
    • 権利者名
      北大
    • 産業財産権番号
      2007-034698
    • 出願年月日
      2007-02-02
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 細孔を有する金多孔質体およびその製造法2006

    • 発明者名
      三浦誠司, 渡辺精一
    • 権利者名
      北海道大学
    • 産業財産権番号
      2006-103364
    • 出願年月日
      2006-04-04
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

URL: 

公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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