Fe中のCu析出過程に及ぼす低温照射及び変形の影響の陽電子消滅測定法による研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550655
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 蔵元 英一 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30013519)
• 研究分担者: 大沢 一人 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (90253541) ; 安部 博信 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (90038555) ; 佃 昇 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (90038563)
• キーワード: 鉄中の銅析出過程 / 陽電子消滅測定 / 軽水炉圧力容器の脆化 / 照射欠陥 / 塑性変形 / 同時計測ドップラー測定

研究概要

軽水炉圧力容器の照射脆化の問題は、中性子照射によって主として銅の微小析出物の形成が促進されることが原因であるとされている。これに関してその微視過程の研究の進展が不可避であるが、初期過程はミクロサイズであるため観察の手段がなかった。陽電子消滅測定法は、陽電子が捕獲されるサイトのミクロ情報を提供することができるので、これまで格子欠陥、例えば原子空孔、転位、結晶粒界などの検出に有効であると考えられてきた。析出物に関してこれらの欠陥ほどには研究は行われてこなかったが、最近、鉄マトリックスに対して陽電子に対する親和力が鉄よりも大きい元素に関してはその集合体に陽電子は捕獲されることが知られ、大変好都合なことに銅はその範疇に入ることが判明した。すなわち、鉄マトリックス中の銅の微小析出物は陽電子を捕獲することが知られ、ドップラー測定を高精度化した同時計測ドップラー測定により銅析出物の形成初期の情報が得られるようになった。本研究においては高純度のFe-Cuモデル合金を、高周波加熱帯溶融精製法および高周波加熱帯レベリング法により作成し、低温電子線照射および室温変形して、その後、低温から等時焼鈍回復実験を行った。同時計測ドップラー測定からFe-Cuモデル合金に対するドップラー曲線が得られ、便宜上純鉄に対する曲線との比をとる。このようにすることにより、銅の微小析出物が形成された場合に高運動量側に際立ったピークが観察されるので非常に有効である。また、この比曲線(ratio-curve)と平行してS, Wパラメータをドップラー曲線から得る。さらに陽電子寿命も同時測定した。これらの情報から照射あるいは変形により導入された欠陥、すなわち格子間原子と原子空孔(変形の場合には原子空孔のみ)が銅原子と相互作用して、最終的には銅の微小析出物形成に寄与している姿が浮き彫りにされた。基本的に銅は鉄マトリックス中でオーバーサイズであり、原子空孔と結合して位置交換することで移動する。格子間原子との相互作用に関しては低温照射後の低温電気抵抗測定から情報が得られたが、ミックストダンベルになって銅原子を移動させている可能性があることが判明した。原子空孔の移動が起きない低温においてすでに銅原子の移動集合が生じていることをさらに直接に証明するには、低温、例えば150Kにおいて等温焼鈍回復実験を行い、比曲線上に銅析出物に対応するピークが現れるのを観測するのが最も望ましい。次期の重要課題である。原子空孔に移動ステージ(220K)以上の温度域では銅原子は原子空孔と結合して移動、集合を行う。純鉄では原子空孔の集合体、すなわちマイクロボイドをけいせいすることが最優先事項であるが、銅原子が存在する場合には銅の微小析出物を形成することが最優先事項になり、マイクロボイドの形成は極度に抑制されることが判明した。すべて鉄マトリックス中において銅の固溶限が非常に小さいことに起因している。

研究成果

• [文献書誌] T.Onitsuka, E.Kuramoto etc: "Deformation-Enhanced Cu Precipitation in Fe-Cu Alloy Studied by Positron Annihilation Spectroscopy"Phys.Rev.B. 65. 012204-1-012204-4 (2002)
• [文献書誌] E.Kuramoto, K.Ohsawa, T.Tsutumi: "Computer Simulation of Fundamental Behaviors of Point Defects, Clusters and Interaction with Dislocations in Fe and Ni"Comp.Mod.Eng.Sci.. 3. 193-200 (2002)
• [文献書誌] E Kuramoto, K.Ohsawa, T.Tsutsumi: "Study of Fundamental Features of Bias Effect in Metals under Irradiation"J.Nucl.Mat.. 307-311. 982-987 (2002)
• [文献書誌] K.Sato, T.Yoshiie, Y.Satoh, Q.Xu, E.Kuramoto, M.Kiritani: "Point Defect Production under High Internal Stress without Dislocations in Ni and Cu"Rad.Eff.Def.Sol.. 157. 171-178 (2002)
• [文献書誌] 蔵元英一: "結晶中の照射欠陥の基礎過程とバイアス効果"日本物理学会誌. 58. 158-165 (2003)