| 研究課題/領域番号 |
23K23270
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02002 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
阿部 弘亨 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40343925)
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| 研究分担者 |
叶野 翔 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (00742199)
楊 会龍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (10814254)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2025年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 金属／酸化物界面 / 酸化物 / 照射効果 / イオン照射 / 酸化物分散強化鋼 / ラーベス相 / 照射誘起非晶質化 / 透過電子顕微鏡 / 金属／金属界面 / 腐食 / 水素化 / ジルコニウム合金 / 水素影響 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、照射誘起型固相反応現象の微細組織及び強度への影響を明確化することを目的とする。特に、原子力材料として重要な鉄鋼材料中の炭化物や酸化物、およびZr合金中の析出物を対象とする。そして(a) 母相と析出物の界面を合成し、(b) 電子またはイオン照射実験と透過電子顕微鏡などを利用し微細組織変化を詳細調査し、(b) イオン照射法と超微小硬度測定法等による組織-強度相関調査を実施し、組織と強度の視点で知見をまとめる。
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| 研究実績の概要 |
申請者らは照射その場観察法等により金属材料の強化因子であるナノ粒子の不安定化や過飽和溶質原子の析出など、新たな照射誘起型固相反応現象を見出してきた。これは、照射環境においてプラント構造材料の強度劣化につながる可能性があり、原子炉構造材料や原子燃料被覆管材料、核融合炉構造材料の健全性評価にとって重要な現象となり得る。本研究では、鉄鋼およびZr合金中の材料強化因子に対する照射影響を調査することとした。
鉄鋼中の酸化物ナノ粒子の照射下挙動は、酸化物自体の照射効果に加えて、母相及び母相との界面の影響が重畳したものとなっていると考えられる。そこで、機構解明のため酸化物のバルク材の照射効果を明らかにした。酸化物バルク材を合成し、高温イオン照射を行い、集束イオンビーム加工装置を用いて試料を作製し、断面TEM観察を行った。そして表面近傍では損傷量があるしきい値を超えると非晶質化し、一方でイオンの飛程近傍では非照射領域（規則相）からのエピタキシャル成長が生じ、継続照射により不規則相化することが明らかになった。現在温度依存性や照射量依存性を調査中である。
次に、鉄鋼やZr合金中に形成される規則合金相（Laves相）を対象としてそのイオン照射効果を明らかにした。前項同様にW系Laves相を合成し、高温水素イオン照射及び断面TEM観察を行った。そしてイオン照射誘起非晶質化の温度依存性を明らかにし、高分解能電子顕微鏡観察からW原子の格子位置の変化が非晶質化と結晶化にとって重要な因子となることを明らかにした。
これ以外にも酸化物分散強化鋼のイオン照射断面観察実験及びジルコニウム合金中金属間化合物のイオン照射実験を実施している。これらの成果については原子力学会、金属学会での発表、並びに投稿論文3報として報告している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
イオン照射断面観察により、非照射領域からの影響による結晶化現象が生じるということを初めて明らかにすることができた。これは既往研究や当初計画では期待していなかった新規の現象であり、計画以上の進捗であると評価する。現在は、この現象の他材料への拡張と機構の解明に現在取り組んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
ODS鋼については照射影響の硬度-組織相関について、特に照射量の関数として整理することを目指す。またZr合金では、内在するZr-Cr系の析出物の照射影響と水
素影響を明らかにする方針である。現時点ではそれぞれの装置は順調に稼働しており特段の懸念事項は無い。
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