不純物拡散挙動の正しい理解に基づく原子炉圧力容器鋼の脆化予測の信頼性向上

• 研究課題/領域番号: 26709073
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 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, 准教授 (50510129)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円); 2016年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2015年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
• キーワード: 拡散 / 電子線照射 / 原子炉圧力容器鋼 / ３次元アトムプローブ / 照射 / 原子炉圧力容器 / 中性子照射

研究成果の概要

鉄中の銅の拡散係数は原子炉圧力容器の照射脆化研究において重要な基礎パラメータである。原子の拡散には空孔や格子間原子が関与するため、それらが熱平衡時に比べて大量に導入される照射下では拡散が大きく促進される場合がある。そこで、３次元アトムプローブを用いて電子線照射した銅－鉄拡散対中の銅拡散を調べた。その結果、拡散に対する照射効果を調べ、低温では照射促進拡散が生じることを実験的に明らかにした。さらに、銅の固溶限濃度には照射効果は見られないことも分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Ti-rich precipitate evolution in vacandium-based alloys during annealing above 400C (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Impagnatiello, T. Toyama, E. Jimenez-Melero
  • 雑誌名: J. Nucl. Mater 巻: 485 ページ: 122-128
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2016.12.040
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of neutron energy and fluence on deuterium retention behaviour in neutron irradiated tungsten (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Fujita, K. Yuyama, X.C. Li, Y. Hatano, T. Toyama, M. Ohta, K. Ochiai, N. Yoshida, T. Chikada, Y. Oya
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 167 ページ: 45-51
  • DOI: 10.1088/0031-8949/t167/1/014068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical and microstructural properties of neutron irradiated Fe-Cr-C alloys (2016)
  • 著者名/発表者名: M.J. Konstantinovic, W. Van Renterghem, M. Matijasevic, B. Minov, M. Lambrecht, T. Toyama, M. Chiapetto, L. Malerba
  • 雑誌名: Physica Status Solidi a-Applications and Materials Science 巻: 213 ページ: 2988-2994
  • 査読あり
• [雑誌論文] The two-step nucleation of G-phase in ferrite (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsukawa, T. Takeuchi, Y. Kakubo, T. Suzudo, H. Watanabe, H. Abe, T. Toyama, Y. Nagai
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 116 ページ: 104-113
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2016.06.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of crystallographic mismatch on the obstacle strength of second phase precipitate particles in dispersion strengthening: bcc Nb particles and nanometric Nb clusters embedded in hcp Zr (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsukawa, HL. Yang, K. Saito, Y. Murakami, T. Maruyama, T. Iwai, K. Murakami, Y. Shinohara, T. Kido, T. Toyama, Z. Zhao, YF. Li, S. Kano, Y. Satoh, Y. Nagai, H. Abe
  • 雑誌名: ACTA MATERIALIA 巻: 102 ページ: 323-332
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.09.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of carbon co-implantation on boron distribution and activation in silicon studied by atom probe tomography and spreading resistance measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, H. Takamizawa, K. Inoue, F. Yano, S. Kudo, A. Nishida, T. Toyama, and Y. Nagai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 2 ページ: 026501-026501
  • DOI: 10.7567/jjap.55.026501
  • NAID: 210000146038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predoping effects of boron and phosphorous on arsenic diffusion along grain boundaries in polycrystalline silicon investigated by atom probe tomography (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takamizawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nozawa, T. Toyama, F. Yano, M. Inoue, A. Nishida, Y. Nagai
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 10 ページ: 253-256
  • DOI: 10.7567/apex.9.106601
  • NAID: 210000138076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusivity and Solubility of Cu in a Reactor Pressure Vessel Steel Studied by Atom Probe Tomography (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Shimodaira, T. Toyama, F. Takahama, N. Ebisawa, Y. Nozawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai
  • 雑誌名: Naterials Transaction 巻: 56 ページ: 1513-1516
  • NAID: 130004455371
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microstructural analysis of impurity segregation around beta-Nb precipitates in Zr-Nb alloy using positron annihilation spectroscopy and atom probe tomography (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, Y. Matsukawa, K. Saito, Y. Satoh, H. Abe, Y. Shinohara, Y. Nagai
  • 雑誌名: SCRIPTA MATERIALIA 巻: 108 ページ: 156-159
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2015.07.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusivity and Solubility of Cu in a Reactor Pressure Vessel Steel Studied by Atom Probe Tomography (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Shimodaira; T. Toyama; F. Takahama; N. Ebisawa; Y. Nozawa; Y. Shimizu; K. Inoue; Y. Nagai
  • 雑誌名: Materials Transaction 巻: in print
  • NAID: 130004455371
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The diffusivity and solubility of copper in ferromagnetic iron at lower temperatures studied by atom probe tomography (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Toyama, F. Takahama, A. Kuramoto, H. Takamizawa, Y. Nozawa, N. Ebisawa, M. Shimodaira, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 83 ページ: 5-8
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2014.03.009
  • 査読あり
• [学会発表] 原子炉圧力容器監視試験片中の転位ループのWB-STEM観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 下平昌樹,吉田健太, 井上耕治,外山健, 永井康介,Milan Konstantinovic,Robert Gerard
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 欠陥および格子歪みの三次元定量解析法の確立とRPV鋼への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太, 下平昌樹, 井上耕治,外山健, 永井康介,Milan Konstantinovic,Robert Gerard
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 3D-APで調べた鉄中の銅拡散に対する電子線照射効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 外山 健、下平 昌樹、C. Zhao、戸村 恵子、海老澤 直樹、吉田 健太、井上 耕治、永井 康介,義家 敏正
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Irradiation Effects on Diffusivity of Copper in Ferromagnetic Iron Studied by Atom Probe Tomography (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Toyama, M. Shimodaira, K. Tomura, N. Ebisawa, K. Nagumo, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai
  • 学会等名: TMS-2017
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Hardening Mechanism of a Neutron Irradiated Reactor Pressure Vessel Steel Studied by APT, PAS and WB-STEM (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Shimodaira, Takeshi Toyama, Kenta Yoshida, Koji Inoue, Yasuyoshi Nagai, Toshimasa Yoshiie, Milan Konstantinovic, Robert Gerard
  • 学会等名: TMS-2017
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] 陽電子消滅法で調べたタングステン中の空孔クラースターへの重水素捕獲 (2016)
  • 著者名/発表者名: 外山健，井上耕治，永井康介，網恭平，波多野雄治
  • 学会等名: 京都大学原子炉実験所専門研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-12-08
• [学会発表] TEM、3D-APによる原子炉圧力容器鋼中の照射欠陥の3次元観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 外山 健、下平 昌樹、C. Zhao、戸村 恵子、海老澤 直樹、吉田 健太、井上 耕治、永井 康介,義家 敏正
  • 学会等名: 照射脆化研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-10-11
• [学会発表] 3D-APで調べた鉄中の銅拡散に対する電子線照射効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 外山健、
  • 学会等名: 照射脆化研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-10-11
• [学会発表] 中性子照射された原子炉圧力容器鋼中の転位と溶質原子クラスターの位置相関 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下平昌樹,吉田健太, 井上耕治,外山健, 永井康介,Milan Konstantinovic,Robert Gerard
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 高分解能透過電子顕微鏡法によるRPV鋼中の中性子照射欠陥の観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太, 下平昌樹, 井上耕治,外山健, 永井康介,Milan Konstantinovic,Robert Gerard
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 陽電子消滅法で調べたタングステン中の空孔クラスターへの水素捕獲 (2016)
  • 著者名/発表者名: 外山健、井上耕治、永井康介、網恭平、波多野雄治
  • 学会等名: 第５３回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] Microstructural analysis of irradiated RPV steels using state-of-the-art TEM (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shimodaira, Y. Nagai, T. Toyama, K. Yoshida, K. Inoue, M. Konstantinovic, R. Gerard
  • 学会等名: IGRDM-19
  • 発表場所: Asheville, USA
  • 年月日: 2016-04-11
  • 国際学会
• [学会発表] Microstructural change in Tihange-2 surveillance test specimens studied by APT, PAS and TEM (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagai, M. Shimodaira, T. Toyama, K. Yoshida, K. Inoue, M. Konstantinovic, R. Gerard
  • 学会等名: IGRDM-19
  • 発表場所: Asheville, USA
  • 年月日: 2016-04-11
  • 国際学会
• [学会発表] Diffusivity and Solubility of Cu in Fe and A533B (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagai, M. Shimodaira, T. Toyama, F. Takahama, K. Inoue
  • 学会等名: IGRDM-18
  • 発表場所: 宮崎シーガイア
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-28
• [学会発表] A533B鋼中のCu拡散：粒界拡散の観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 下平昌樹、外山健、海老澤直樹、清水康雄、井上耕治、永井康介
  • 学会等名: 日本金属学会秋期講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26