| 研究課題/領域番号 |
20H02666
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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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 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
牟田 浩明 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (60362670)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | 燃料被覆管 / 水素化物 / Zr水素化物 / 水素脆化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究実績の概要 |
軽水炉で用いられるZr合金燃料被覆管は原子炉運転下にて冷却水と腐食反応を起こし、脆いZr水素化物が形成される。この水素化物は被覆管の健全性を劣化させることが知られているが、被覆管内に析出するδ相Zr水素化物、およびその前駆体であるγ相Zr水素化物の評価は十分になされていない。このため、δ相及びγ相水素化物の合成と特性評価を試みた。
δ相Zr水素化物の破壊靱性における結晶方位の影響についての知見を得るため、大粒径試料を合成し、その破面観察を行った。その結果、破面の大部分は{111}と{110}であり、fcc構造をもつδ相Zr水素化物は、これらの面でへき開しやすいことが明らかになった。｛111｝はZr原子、｛110｝はZr原子と水素原子をあわせた原子密度が高い面である。また、得られた試料について3点曲げ試験から破壊靭性値を測定したところ、平均値は0.83 MPa√mと過去の報告値と近い値が得られたが、測定値は大きくばらついた。破面観察より、値のばらつきにはこの強い結晶方位依存性が影響していることが示唆された。燃料被覆管は集合組織が調整されており、水素化物の方位も揃っていることから、水素脆化の評価のためには結晶方位依存性のより正確な把握が必要である。
体積膨張を伴う水素化物の析出においては、前駆体であるγ相水素化物の機械的特性の評価が必要になる。このため準安定相であるγ相水素化物について、急冷および低温での熱処理による粒の肥大化を試みた。急冷によりγ相の割合が増加し、およそ10μmほどの径をもつγ相が確認された。得られた試料について、局所押し込み試験による機械的特性の評価を試みている。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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