| 研究課題/領域番号 |
19K05323
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
吉田 健太 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10581118)
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| 研究分担者 |
嶋田 雄介 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20756572)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 電子顕微鏡 / その場 / 腐食 / ３次元 / マルチスケール |
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| 研究実績の概要 |
本研究では放射化した原子力構造材料に対して、電気化学的に制御した腐食を導入できる反応槽および３次元的に伝播する界面腐食の構造と化学組成をナノメートルスケールで可視化・定量分析できる分析装置群からなる「腐食界面３次元ナノ分析法」を開発する。そして、所有する中性子照射材に「腐食界面３次元ナノ分析法」を適用し、腐食試験前後の転位ループのサイズを1nmの分解能で３次元定量解析し、その分布を腐食割れ先端からの距離で整理することで、照射誘起応力腐食割れにおける転位ループなどの照射欠陥と粒界腐食との複合的影響の有無を検証する。さらに、腐食界面近傍の溶質原子クラスターの酸素組成および空孔クラスター分布の照射量依存性を定量解析することで、腐食中のSC、ナノボイドの挙動を３次元空間で定量解析することを目的とする。
本年度は、フェライト系ステンレス（SUS430、未照射材）をモデル試料として、「腐食界面３次元ナノ分析法」を開発した。そして、３次元イオンビーム加工（3D-SEM-FIB）を用いた３次元ナノ分析を確立し、材料内部への腐食界面の侵食を評価した。数十ナノ～数マイクロの空隙と腐食生成物は３次元空間で描画され空孔率やサイズ分布が定量解析された。未照射のモデル試料中のすべり面など偶発的に存在する転位界面や転位組織が腐食割れに及ぼす影響について明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
計画通りに電気化学的に制御した腐食を導入できる反応槽を製作し、また、マルチスケールの３次元電子顕微鏡法を確立することができた。放射性同位体および核燃料物質を取り扱える東北大学の共同利用施設内に設置したため、英国・中国など海外との共同研究も進み、本年度は9件の原著論文が発表できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度は、原子炉圧力容器鋼（A533B、未照射および中性子照射材）に確立した腐食界面３次元ナノ分析法を適用する。我々の研究グループでは、同一の試料部位からTEM試料と一緒に３次元アトムプローブ測定（3D-AP: 3D Atom-Probe）用の針試料を作製する技術を有しており、腐食界面近傍の溶質原子クラスター（SC）の酸素組成やその分布を問題なく３次元定量解析できるといえる。今年度、確立した３次元電子顕微鏡法による欠陥構造解析と3D-APによる３次元組成分析を組み合わせて、より詳細な中性子照射欠陥による腐食促進効果のメカニズムを研究する。
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