| 研究課題/領域番号 |
19K05338
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31010:原子力工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
鈴土 知明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 再雇用職員 (60414538)
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| 研究分担者 |
都留 智仁 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (80455295)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | タングステン / 照射欠陥 / 陽電子寿命測定 / 混合ダンベル / クロム添加 / TDS / 陽電子寿命 / 第一原理計算 / プラズマ対向材 / 照射効果 / 溶質軟化 / 計算科学 / 合金元素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
未来のエネルギー源ととして期待されている核融合エネルギーを実現するためには、プラズマ物理工学だけでなく様々な技術を結集しなくてはならない。その中でも、最も重要な技術の一つがプラズマを入れる容器の壁を作ることである。プラズマは非常に高温になることから、高融点のタングステンがその壁材料の候補になっている。しかしながら、タングステンが中性子などの照射を受けるとその中に小さな空孔できて、その中にプラズマの構成するトリチウム等が入り込んでしまい、壁としての性能が著しく低下してしまう。本事業では、照射効果を抑制するタングステン合金を計算科学によって探索する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、体心立方タングステン結晶中でタングステン原子と混合ダンベルを形成する溶質元素を材料に添加すれば、照射欠陥の生成を抑制できる合金を作成できる、という予測を検証することである。この予測は研究代表者らによるタングステンと様々な溶質原子の電子構造計算結果から得られたものであり、この予測が正しいかどうかを確認するためにはメソスケール・マクロスケールのモデリングを行うことが必要と考えた。この試みはある程度成功したが、モデルの入力パラメータで精度よく評価できないものが少なからず存在し、結果の信頼性向上が問題となった。
一方、上記予測に基づいた合金が作成し照射後試験を行う研究協力者らの研究活動が着実に進展した。このような理由から、上記の学術的な問いを確実に解明するために、当該年度では照射実験や解析を引き続き行った。またこれまでのモデリング研究成果をまとめを行った。
実験解析では、タングステンにモリブデン（1.5%）、タンタル(1%および5%)、レニウム(5%)を加え電子照射後、陽電子寿命測定を行った。このうちレニウムのみがタングステンと混合ダンベルを形成することが知られている。陽電子寿命はモリブデンやタンタルを添加しても寿命は純タングステンでの寿命と比較してほとんど変化しなかったが、レニウム添加のものでは明らかに陽電子寿命の低下がみられた。これは混合ダンベル形成によって電子照射による空孔型欠陥の形成が抑制されたことを示唆した。これらの結果を陽電子消滅の国際会議ICPAで発表した。
また、研究のまとめとして金属学会のシンポジウムで招待講演を行った。特に、研究代表者らが本研究を開始した時点では溶質原子は不動と考えられており、実際にはそれらが混合ダンベルを形成すれば移動可能であることを初めて示したことなど、歴史的な経緯を説明した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の目的はタングステン材料中の溶質原子効果に関する予測を検証することであったが、この目的はいくつかの実験によってすでに検証されている。
また、もう一つの課題である溶質硬化に関してはすでに昨年度までに成果を得ている。
これらのことから概ね順調に進展している、と判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
この研究課題では当初の目的はすでに達成されているが、新型コロナウィルスまん延の影響を受け、令和5年度も継続することになった。
タングステンにレニウムを添加すると延性的になることのメカニズム解明がこの研究課題に含まれていた。ただし、そもそも純タングステンのような体心立方格子（BCC）結晶の遷移金属がなぜ脆性的なのかは解明されていない。そのため、残りの期間でBCC遷移金属の脆性に関する計算科学研究を行うこととした。
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