軽水炉内用材料の高度化試験照射装置の開発と自己修復条件の探索

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07558070
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 木下 智見 九州大学, 工学部, 教授 (50037917)
• 研究分担者: 明石 義人 宮崎大学, 工学部, 教授 (20038558) ; 安田 和弘 九州大学, 工学部, 助手 (80253491) ; 椎山 謙一 九州大学, 工学部, 助手 (30243900)
• キーワード: radiation damage / mechanical property / hardness / zirconium alloy / dislocation loop / oxidation / electrical conductivity / ceramics

研究概要

本研究課題では平成7年度より3年間の計画で、軽水炉用材料の微細組織変化、力学的性質変化を評価するための高度化試験装置および評価手法を開発し、さらにその装置・手法を被照射試料の物性評価に応用した。本研究で行った研究成果は、主に以下の4つに分けられる。
(1)ジルカロイおよびその酸化膜の照射下微細組織
(2)電気伝導度測定によるジルカロイの酸化機構
(3)超微少硬度試験法による金属およびセラミックスの力学的性質の評価
(4)ビッカース硬度試験法による金属の応力-歪特性評価法の開発
(1)および(2)は微細組織変化の観点から進められ、ジルカロイ2、ジルカロイ4および高Fe,Niジルカロイ2の格子間原子および空孔の移動度を0.1〜0.22eV,1.0〜1.1eVと決定した。また、電子照射下における電気伝導度の「その場」測定実験から、酸素イオンの拡散が酸化過程を律速していることを明らかにし、その伝導機構がショットキー機構あるいはプール・フレンケル機構によることを示した。
(3)および(4)では、まず被照射材の力学的性質を評価するための「微少試験片技術」開発を行った。硬度の荷重依存性および圧痕周辺に導入される塑性変形領域の測定から、超微少硬度試験法およびビッカース硬度試験法のみによる降伏応力、加工硬化指数の評価法を確立した。この方法をイオン照射した表面層の力学的性質評価に応用し、イオンの飛跡に沿って1mmの位置分解能で降伏応力と加工硬化指数を評価した。結果の解析から、従来の評価法が照射硬化の過小評価を導くことを明確に示した。

研究成果

• [文献書誌] M.M.R.Howlader,C.Kinoshita,K.Shiiyama et al.: "In-situ measurements of electrical concuctivity of alumina under electron irradiation in a high voltage electron microscope" J.Nucl.Mater.239. 245-252 (1996)
• [文献書誌] 篠原和敏: "ビッカース硬度試験法による金属の応力-歪挙動評価法" 宮崎大学工学部紀要. 25(印刷中). (1996)
• [文献書誌] K.Shiiyama,T.Izu,C.Kinoshita et al.: "Measurements of electrical conductivity of ceramics under electron irradiation in a high voltage electron microscope" J.Nucl.Mater.233-237. 1332-1335 (1996)
• [文献書誌] K.Yasuda,C.Kinoshita et al.: "Nucleation and growth process of defect clusters in copper during helium ion irradiation" J.Nucl.Mater.233-237. 1051-1056 (1996)
• [文献書誌] K.Yasuda,K.Kakiuchi,et al.: "Nanoindentation technique for evaluating radiation hardening of ion-irradiated copper" IEA/JUPITER Symposium on small specimen technologies for fusion research. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] M.M.R.Hawladder,C.Kinoshita.K.Shiiyama et al.: "Electrical conductivity of ceramic insulators and Zircaloy oxide films under irradiaion" Proc.4th Japan/China symp.on Materials for advanced energy system and fission and fusion engineering 96. 114-120 (1997)
• [文献書誌] H.Nakamichi,C.Kinoshita et al.: "Formation and growth process of dislocation loops in Zircalay under electron irradiation" J.of Nucl.Sci.and Tech.34. 1079-1086 (1997)
• [文献書誌] 中道治郎,木下智見 他: "ジルカロイおよびその酸化膜からの重水素放出過程" 九州大学工学部集報. 70. 569-576 (1997)