腐食界面３次元ナノ分析法の開発と中性子照射欠陥による腐食促進効果の定量解析

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05323
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 吉田 健太 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10581118)
• 研究分担者: 嶋田 雄介 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20756572)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 電子顕微鏡 / ３次元 / 腐食 / マルチスケール / 格子欠陥 / 原子力材料

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し、腐食中の溶質原子クラスターおよび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。
2021度は、低放射化フェライト鋼（H82F鋼）およびFe-Cr系酸化物分散強化鋼(ODS)の中性子照射材に本課題で開発した「腐食界面３次元ナノ分析法」を適用し、酸化物や粒界の影響を３次元空間で定量解析を適用した。H82F鋼やODS鋼など次世代炉・革新炉材料として注目される実用原子炉圧力容器鋼の微細組織観察もはじめ、転位など内部応力の分布と腐食組織との関係性が明らかにし、7本の学術論文をまとめた。

研究成果

• [雑誌論文] Radiation-induced amorphization of M23C6 in F82H steel: An atomic-scale observation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kano Sho、Yang Huilong、McGrady John、Watanabe Yoshiyuki、Ando Masami、Hamaguchi Dai、Nozawa Takashi、Tanigawa Hiroyasu、Yoshida Kenta、Shibayama Tamaki、Abe Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 558 ページ: 153345～153345
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2021.153345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissolution and precipitation behaviors of zircon under the atmospheric environment (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitagaki Toru、Yoshida Kenta、Liu Pengfei、Shobu Takahisa
  • 雑誌名: npj Materials Degradation 巻: 6 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41529-021-00214-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ TEM Observation and MD Simulation of Frank Partial Dislocation Climbing in AlCu Alloy (2022)
  • 著者名/発表者名: Chen Jiao、Yoshida Kenta、Suzudo Tomoaki、Shimada Yusuke、Inoue Koji、Konno Toyohiko J.、Nagai Yasuyoshi
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 63 ページ: 468～474
  • DOI: 10.2320/matertrans.mt-m2021233
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced critical current density in K-doped Ba122 polycrystalline bulk superconductors via fast densification (2022)
  • 著者名/発表者名: Tokuta Shinnosuke、Hasegawa Yuta、Shimada Yusuke、Yamamoto Akiyasu
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 ページ: 103992～103992
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.103992
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radiation-enhanced diffusion of copper in iron studied by three-dimensional atom probe (2021)
  • 著者名/発表者名: Toyama T.、Zhao C.、Yoshiie T.、Yamasaki S.、Uno S.、Shimodaira M.、Miyata H.、Suzudo T.、Shimizu Y.、Yoshida K.、Inoue K.、Nagai Y.
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 556 ページ: 153176～153176
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2021.153176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron irradiation response of explosion-welded CuCrZr/316LN joints for ITER application (2021)
  • 著者名/発表者名: Yi Xiaoou、Du Yufeng、Li Yihang、Han Wentuo、Liu Pingping、Yoshida Kenta、Toyama Takeshi、Chen Jiming、Zhan Qian、Wan Farong、Ohnuki Somei、Nagai Yasuyoshi
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 169 ページ: 112620～112620
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112620
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strategy of Extra Zr Doping on the Enhancement of Thermoelectric Performance for TiZrxNiSn Synthesized by a Modified Solid-State Reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Jun-Liang、Yang Hengquan、Liu Chengyan、Liang Jisheng、Miao Lei、Zhang Zhongwei、Liu Pengfei、Yoshida Kenta、Chen Chen、Zhang Qian、Zhou Qi、Liao Yuntiao、Wang Ping、Li Zhixia、Peng Biaolin
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 13 ページ: 48801～48809
  • DOI: 10.1021/acsami.1c14723
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microstructural changes of oxide dispersion strengthened copper powders fabricated by mechanical alloying (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimada Yusuke、Mizumoto Masataka、Hishinuma Yoshimitsu、Ikeda Ken-ichi、Yoshida Kenta、Noto Hiroyuki、Ma Bing、Muroga Takeo、Nagai Yasuyoshi、Konno Toyohiko J.
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 173 ページ: 112804～112804
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructures and Interface Magnetic Moments in Mn2VAl/Fe Layered Films Showing Exchange Bias (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubota Takahide、Shimada Yusuke、Tsuchiya Tomoki、Yoshikawa Tomoki、Ito Keita、Takeda Yukiharu、Saitoh Yuji、Konno Toyohiko、Kimura Akio、Takanashi Koki
  • 雑誌名: Nanomaterials 巻: 11 ページ: 1723～1723
  • DOI: 10.3390/nano11071723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] MA-HIP法により作製したCu-Y化合物添加ODS-Cu合金の微細組織解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 嶋田雄介、中嶋優汰、菱沼良光、池田賢一、能登裕之、室賀健夫、吉田健太、今野豊彦、永井康介
  • 学会等名: 日本金属学会2022年春期第170回講演大会
• [学会発表] Key designs on in-situ weak-beam scanning transmission electron microscopy fordynamic/atomic-scale quantitation of lattice defects in nuclear materials (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, Y. Shimada, J. Chen, Y. Du, K. Inoue, T. Suzudo, K. Arakawa, Y. Nagai
  • 学会等名: THERMEC 2021 Virtual Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeSi規則合金のFe原子拡散における電子線照射量の及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 嶋田雄介、陳嬌、池田裕樹、吉田健太、井上耕治、 Robert Maab、今野豊彦、永井康介
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 燃料デブリ分析のための超微量分析技術の開発 (8)模擬燃料デブリの TEMを用いたナノ構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田 健太、嶋田 雄介、杜 玉峰、宮田 穂高、北垣 徹、池田 篤史、渡邉 英雄、小無 健司、永井 康介
  • 学会等名: 2021年原子力学会秋の大会
• [学会発表] 3DAPとWB-STEMを組み合わせた中性子照射 鋼材中の硬化因子の定量解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田 健太、嶋田 雄介、清水 康雄、杜 玉峰、外山 健、井上 耕治、永井 康介
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第77回学術講演会
  • 招待講演