研究課題/領域番号 |
09480105
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研究種目 |
基盤研究(B)
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 一般 |
研究分野 |
核融合学
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
渡辺 豊 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10260415)
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研究分担者 |
菱沼 章道 日本原子力研究所, 物質科学研究部, 照射解析研究室長(研究職)
ラジャ クリシュナン・セルバ 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40302179)
庄子 哲雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80091700)
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研究期間 (年度) |
1997 – 1999
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キーワード | 核融合炉 / プラズマ第1壁構造材 / 冷却材 / TiAl系金属間化合物 / 低放射化フェライト綱 / 過熱水蒸気 / 材料-環境両立性 / 酸化皮膜 |
研究概要 |
核融合炉の真空プラズマ領域とエネルギー転換系を隔てる第1壁構造の開発には、中性子照射劣化、冷却材との両立性など複合環境下での材料問題の解決が必要とされるが、これを解決する戦略の一つとして、革新的素材の起用と従来顧みられなかった過熱水蒸気を熱搬送に用いることを中心とした新しい設計概念を提案するとともに、この両者の間の両立性を実験的に調べた。構造材料の候補として、(1)現時点で最も有望とされる低放射化フェライト・マルテンサイト鋼(F82H)、(2)代替材料として広く研究対象とされているバナジウム合金、(3)新しく開発された室温延性を有するTi-Al-V合金を含むTiAl系金属間化合物、の3群の材料を選び、高圧過熱水蒸気(最高700℃、100気圧)を中心に両立性の実験的評価を行った。さらに表面に形成される皮膜の構造を調べることなどにより以下の知見を得た。 1.過熱水蒸気環境中での耐食性はTiAl系材料が最も高かった。これに続くF82H鋼は先進ボイラ用耐熱鋼とほぼ等価の特性を持ち、酸化速度の観点から両材料は過熱水蒸気環境との実用上十分な両立性を有することが判った。 2.TiAl系材料の中でも、Ti-Al-V合金は、過熱水蒸気中で特に優れた耐酸化性を示した。ただし、純酸素中での耐酸化性は通常のTiAlに比べて劣っていた。 3.酸素ポテンシャルが比較的低い過熱水蒸気中においては、TiAl、Ti-Al-Vとも温度に関わらず連続したA1_2O_3層が形成されないためそれによる顕著な拡散障壁効果は現れないが、一方で、Vが5価の酸化物まで酸化されることがないためTiAlV合金に高温側での加速酸化は起きない。また、溶質元素(Ti)に比べて原子半径の小さいVが酸化物中に固溶していることによって酸素の拡散速度が低下し、TiAlV合金において優れた耐酸化性が発現したものと理解された。
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