溶質集合体－照射欠陥相互作用の実空間解析によるステンレス鋼の照射硬化機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23760822
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 外山 健 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (50510129)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 析出物 / ３次元アトムプローブ / 中性子照射 / ステンレス鋼 / 照射損傷 / 微小析出物 / 国際研究者交流 / 照射欠陥 / ステンレス / 照射誘起析出

研究概要

原子力基盤構造材料であるステンレス鋼では、照射による延性低下や応力腐食割れ等が問題となる。これらのメカニズムを理解し、それに基づいて機構論的に劣化を予測・制御するためには、従来別々に議論されてきた各種照射欠陥と溶質・不純物集合体との相互作用を実空間で解明することが必要不可欠である。本研究では、溶質集合体と欠陥との相互位置関係を調べた。これにより、ステンレス鋼中の照射誘起Ni-Si析出物と欠陥集合体（転位ループ）に適用し、機構論に基づいた照射劣化（硬化）の予測を行った。その結果、透過型電子顕微鏡では観察されなかった微小のNi-Si析出物が、照射硬化に大きく寄与していることを定量的に解析できた。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of post-irradiation annealing and re-irradiation on microstructure in surveillance test specimens of the Loviisa-1 reactor studied by atom probe tomography and positron annihilation (2014)
  • 著者名/発表者名: Toyama, T., Kuramoto, A., Nagai, Y,. Inoue, K,. Nozawa, Y,. Shimizu, Y,. Matsukawa, Y,. Hasegawa, M,. Valo, M.
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: in press
• [雑誌論文] Intergranular Segregation in the Pressure Vessel Steel of a Commercial Nuclear Reactor Studied by Atom Probe Tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, Y. Nagai, A. Al Mazouzi, M. Hatakeyama, M. Hasegawa, T. Ohkubo, E. Van Walle, R. Gerard
  • 雑誌名: Mater. Trans. 巻: 54 ページ: 2119-2124
  • NAID: 130004824987
• [雑誌論文] Microstructural changes in Russian-type reactor weld material after neutron irradiation, post-irradiation annealing and re-irradiation studied by atom probe tomography and positron annihilation spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kuramoto, T. Toyama, Y. Nagai, K. Inoue, Y. Nozawa, M. Hasegawa, M. Valo
  • 雑誌名: Acta. Mater. 巻: 61 ページ: 5236-5246
• [雑誌論文] Positron annihilation study of neutron-irradiated nuclear reactor pressure vessel steels and their model alloy : Effect of purity on the post-ittadiation annealig behavior (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kuramoto, Y. Nagai, T. Toyama, T. Takeuchi, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 733 ページ: 257-263
• [雑誌論文] Intergranular Segregation in the Pressure Vessel Steel of a Commercial Nuclear Reactor Studied by Atom Probe Tomography (2013)
  • 著者名/発表者名: Toyama, T., Y. Nagai, A. Al Mazouzi, M. Hatakeyama, M. Hasegawa, T. Ohkubo, E. Van Walle and R. Gerard
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 54 ページ: 2119-2124
  • NAID: 130004824987
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural changes in Russian-type reactor weld material after neutron irradiation, post-irradiation annealing and re-irradiation studied by atom probe tomography and positron annihilation spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto, A., T. Toyama, Y. Nagai, K. Inoue, Y. Nozawa, M. Hasegawa and M. Valo
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 61 ページ: 5236-5246
  • 査読あり
• [雑誌論文] Positron annihilation study of neutron-irradiated nuclear reactor pressure vessel steels and their model alloy: Effect of purity on the post-ittadiation annealig behavior (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto, A., Y. Nagai, T. Toyama, T. Takeuchi and M. Hasegawa
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 733 ページ: 257-263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grain boundary segregation in neutron-irradiated 304 stainless steel studied by atom probe tomography (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, Y. Nozawa, W. Van Renterghem, Y. Matsukawa, M. Hatakeyama, Y. Nagai, A. Al Mazouzi, S. Van Dyck
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 巻: 425 ページ: 71-75
• [雑誌論文] Microstructural changes of a thermally aged stainless steel submerged arc weld overlay cladding of nuclear reactor pressure vessels (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Takeuchi, J. Kameda, Y. Nagai, T. Toyama, Y. Matsukawa, Y. Nishiyama, K. Onizawa
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 巻: 425 ページ: 60-64
• [雑誌論文] Post-irradiation annealing behavior of microstructure and hardening of a reactor pressure vessel steel studied by positron annihilation and atom probe tomography (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Kuramoto, T. Toyama, T. Takeuchi, Y. Nagai, M. Hasegawa, T. Yoshiie, Y. Nishiyama
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 巻: 425 ページ: 65-70
• [雑誌論文] Grain Boundary Segregation in Neutron-irradiated 304 Stainless Steel Studied by Atom Probe Tomography (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Toyama, Y.Nozawa, W.Van Renterghem, Y.Matsukawa, M.Hatakeyama, Y.Nagai, A.Al Mazouzi & S.Van Dyck
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 425 号: 1-3 ページ: 71-75
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.11.072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size estimation of embedded Cu nanoprecipitates in Fe by using affinitively trapped positrons (2012)
  • 著者名/発表者名: Toyama, T. Tang, Z. Inoue, K. Chiba, T. Ohkubo, T. Hono, K. Nagai, Y. Hasegawa, M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 ページ: 104106-104106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural Changes of a Thermally Aged Stainless Steel Submerged Arc Weld Overlay Cladding of Nuclear Reactor Pressure Vessels (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Takeuchi, J.Kameda, Y.Nagai, T.Toyama, Y.Matsukawa, Y.Nishiyama, K.Onizuka
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 425 号: 1-3 ページ: 60-64
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.12.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-irradiation annealing behavior of microstructure and hardening of a reactor pressure vessel steel studied by positron annihilation and atom probe tomography (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Kuramoto, T.Toyama, T.Takeuchi, Y.Nagai, M.Hasegawa, T.Yoshiie, Y.Nishiyama
  • 雑誌名: Journal of nuclear material 巻: (未定)(In press) 号: 1-3 ページ: 65-70
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.10.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Irradiation-induced precipitates in a neutron irradiated 304 stainless steel studied by three-dimensional atom probe (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, Y. Nozawa, W. Van Renterghem, Y. Matsukawa, M. Hatakeyama, Y. Nagai, A. Al Mazouzi, S. Van Dyck
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 巻: 418 ページ: 62-68
• [雑誌論文] Study on microstructural changes in thermally-aged stainless steel weld-overlay cladding of nuclear reactor pressure vessels by atom probe tomography (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Takeuchi, J. Kameda, Y. Nagai, T. Toyama, Y. Nishiyama, K. Onizawa
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater. 巻: 415 ページ: 198-204
• [雑誌論文] Irradiation-induced precipitates in a neutron irradiated 304 stainless steel studied by three-dimensional atom probe (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Toyama, Y.Nozawa, W.Van Renterghem, Y.Matsukawa, M.Hatakeyama, Y.Nagai, A.Al Mazouzi, S.Van Dyck
  • 雑誌名: J.Nucl.Mater. 巻: 418 号: 1-3 ページ: 62-68
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.07.027
  • 査読あり
• [学会発表] Effects of post-irradiation annealing and re-irradiation on microstructure in surveillance test specimens of a VVER-type RPV steel (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, A. Kuramoto, Y. Nozawa, Y. Matsukawa, M. Hasegawa, Y. Nagai
  • 学会等名: IGRDM-17
  • 発表場所: Les Embiez, French Riviera, France
• [学会発表] ベルギーBR2炉を用いた多段・多分割引き上げ照射計画 (2013)
  • 著者名/発表者名: 外山 健、鳴井 実、山崎 正徳、鈴木 克弥、四竃 樹男
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] Effects of post-irradiation annealing and re-irradiation on microstructure in surveillance test specimens of RPV steel studied by 3D-AP and positron annihilation (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, A. Kuramoto, Y. Nozawa, Y. Matsukawa, M. Hasegawa, Y. Nagai, M. Valo
  • 学会等名: TMS-2013
  • 発表場所: San Antonio, USA
• [学会発表] 旧ソ連型炉圧力容器鋼監視試験片のミクロ組織分析：照射後焼鈍および再照射効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 外山健、蔵本明、井上耕治、野沢康子、長谷川雅幸、永井康介、M.Valo
  • 学会等名: 京都大学原子炉実験所専門研究会
  • 発表場所: 大阪府熊取町
• [学会発表] 旧ソ連型炉圧力容器鋼監視試験片のミクロ組織分析： 照射後焼鈍および再照射効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 外山健、蔵本明、井上耕治、野沢康子、長谷川雅幸、永井康介、M.Valo
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ
  • 発表場所: 宮城県仙台市
• [学会発表] Irradiation-induced precipitates and grain boundary segregation in 304 stainless steel neutron-irradiated to 24 dpa studied by atom probe tomography (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, Y. Nozawa, Y. Matsukawa, M. Hatakeyama, Y. Nagai, W. Van Renterghem, A. Al Mazouzi, S. Van Dyck
  • 学会等名: IGRDM-16
  • 発表場所: アメリカ・Santa Barbara
  • 年月日: 2011-12-09
• [学会発表] Irradiation-induced precipitates and grain boundary segregation in 304 stainless steel neutron-irradiated to 24 dpa studied by atom probe tomography (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama et al.
  • 学会等名: IGRDM-16
  • 発表場所: Santa Barbara, 米国
• [備考]
  • URL: http://www.imr-oarai.jp/index.html