核破砕中性子源用長寿命ターゲットの開発研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11358008
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 川合 將義 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (10311127)
• 研究分担者: 山村 力 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80005363) ; 季 敬鋒 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50241542) ; 鬼柳 善明 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80002202) ; 義家 正敏 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (20124844) ; 長谷川 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80241545)
• キーワード: 中性子 / 陽子 / ターゲット / 核破砕反応 / タングステン / タンタル / 溶融塩浴 / 照射実験

研究概要

核破砕中性子源用のターゲットとして実績のある固体ターゲットを中心に研究を進めている。前年度のMW級の陽子ビームに対するタングステンを用いた固体ターゲットシステムの構造検討に続いて、実用的なモデルに基づいて中性子工学的な解析を行い、種々の中性子源強度について水銀ターゲットと比較検討し、その優位性を確認した。
純タングステンや液相系タングステン合金など種々のタングステン材料の機械的強度や熱的な特性を測定し、夫々の得失に着いて評価した。さらに、前年度から継続している腐食試験については、流水の影響と温度依存性について調べ、それらの環境要因がタングステン材料の腐食特性に大きく影響する事を確認した。
タングステンの高温水に対する低耐食性対策としてのタンタル被覆の技術の開発をさらに進めた。等温加圧法(HIP法)については、熱電対挿入用の穴を開けたブロックで鞘管に割れを生ずる問題の要因を追求し、それが孔加工の精度と不純物ガスによるタンタルの鞘管の硬化にあることを見い出し、加工法全体を改善して試作した。その結果、超音波探傷試験において健全である事を確認し、HIP法に基礎を置く方法を確立出来た。また、別の被覆法としてのろう付け法はろう材として金、白金、チタンを用いた場合、良好な接合が得られ、チタンを使用した場合、尤も接合界面が強いことが分かった。さらに電気化学的な方法として、溶融塩浴によるタングステン基材のタンタル電解被覆法を試し、電解条件を適正化して、タングステン表面に強固でかつ厚さが一様な被膜を得る事に成功した。
材料の照射試験は、スイスのポールシェラー研究所のSINQという核破砕中性子源で行われる照射実験を継続して行っている。それと並行に、東北大のダイナミトロンによって、陽子とヘリウムイオンによる照射実験を行い、タングステン材料の硬化現象を調べた。また、大阪大学の電子線加速器での電子線照射によって、タングステン材料の放射線による結晶格子の変位を調べ、材料の照射損傷機構解釈のための基礎データを得た。
液相系タングステン合金、腐食試験、ろう付け法等について国際会議で発表もしくは発表予定である。

研究成果

• [文献書誌] M.Kawai, et al.: "Fabrication of Tantalum-Clad Tungsten Target for KENS"J. of Nuclear Material. Vol296. 312-320 (2001)
• [文献書誌] M.Kawal, et al.: "Renewal of KENS TMRA"KEK Proceedings 2000-22(Proc of ICANS-XV). Vol.2. 747-757 (2001)
• [文献書誌] J.-F.Li, et al.: "Liquid Phase Sintering of W/Stailnless Steel Powder Compacts"Proc. of 2000 powder Metallurgy World Congress, Nov. 12-16, Kyoto. 717-720 (2001)
• [文献書誌] R.Watanabe, et al.: "Development of Solid Target for Spallation Neutron Source"Proc. of 15th Plansee Seminar 2001, Reute, Austria. Vol.3. 1-11 (2001)
• [文献書誌] Y.Ishijima et al.: "Corrosion Resistance in Water Coolant for Refractory Metals"Proc of 10th International Conference on Fusion Reactor Materials, 2001. 6 (2002)
• [文献書誌] M.Kawai et al.: "Development of Solid Target for MW Class Spallation Neutron Source"5th Int. Workshop on Spallation Materials Technology, May 2002. (予定). 8 (2002)
• [文献書誌] 川合將義, 菊地賢司: "核破砕中性子源材料の研究"KEK Proceedings 2000-18. 286 (2000)
• [文献書誌] M.Kawai, K.Kikuchi, ed.: "Proc. of 2nd Workshop on the Materials Technology for Spallation Neutron Source"KEK Proceedings 2001-11. 326 (2001)