イオン照射その場観察法による鉄及び鉄基合金中の可動欠陥クラスタの特性解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360463
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 阿部 弘亨 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40343925)
• 研究分担者: 岩井 岳夫 東京大学, 工学系研究科, 助教 (30272529) ; 関村 直人 東京大学, 工学系研究科, 教授 (10183055) ; 佐藤 裕樹 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20211948) ; 金 思雄 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50566479)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 燃料 / 材料 / 格子欠陥

研究概要

本研究では、当該グループの加速器結合型電子顕微鏡技術や分子動力学計算の経験を踏まえ、原子炉の主要な材料であり、構造材料としてより重要性の高い鉄について、イオン照射下における可動欠陥クラスタのその場観察実験と理論的確認を行うことを目的とした。そしてこの欠陥クラスタについて詳細に調査し、基礎的特性を明確にした。具体的には、レーザー・アブレーション法を利用し組成を制御した高純度試料の作製法を確立し、加速器結合型電子顕微鏡法による可動欠陥クラスタを直接観察し、分子動力学的な評価を行い、イオン照射後等時焼鈍による格子欠陥クラスタの拡散測定を行った。そして、可動欠陥クラスタの移動特性、鉄結晶の原子はじき出ししきいエネルギーの評価とクラウディオン型格子間原子の影響によるマルチプルスレッショルド現象、ならびにクラウディオン型格子間原子の回復ステージ等を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] One-dimensional migration of interstitial clusters in SUS316L and its model alloys under electron irradiation (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, H. Abe and S. W. Kim
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 92 ページ: 1129-1148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of nano-size oxide particles and δ-ferrite at elevated temperature in 9Cr-ODS steel (2011)
  • 著者名/発表者名: S. W. Kim, S. Ohtsuka, T. Kaito, S. Yamashita, M. Inoue, T. Asayama, T. Shobu, J. Nucl. Mater.
  • 雑誌名: Available online 巻: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Sn and Nb on generalized stacking fault energy surfaces in zirconium and gamma hydride habit planes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Udagawa, M. Yamaguchi, T. Tsuru, H. Abe, N. Sekimura
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 91 ページ: 1665-1678
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of impurities on the growth of { 113} interstitial clusters in silicon under electron irradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nakai, K. Hamada, Y. Satoh, T. Yoshiie
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 91 ページ: 421-436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio study on plane defects in zirconium-hydrogen solid solution and zirconium hydride (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Udagawa, M. Yamaguchi, H. Abe, N. Sekimura, T. Fuketa
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 58 ページ: 3927-3938
  • 査読あり
• [雑誌論文] The trapping behavior of deuterium in F82H ferritic/martensitic steel (2009)
  • 著者名/発表者名: D. Hamaguchi, H. Iwakiri, T. Kawamura, H. Abe, T. Iwai, K. Kikuchi, N. Yoshida
  • 雑誌名: J. Nuclear Materials 巻: 386 ページ: 375-378
  • 査読あり
• [学会発表] Microstructural Evolutions under Hydrogenation, Corrosion and Irradiation in Zr-Nb Alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Abe, T. Maruyama, Y. Shinohara, H. Muta, S. W. Kim, T. Matsunaga, Y. Satoh
  • 学会等名: 1st Asian Nuclear Fuel Conference (ANFC)
  • 発表場所: Osaka Univ
  • 年月日: 20120322-23
• [学会発表] 鉄およびジルコニウムの原子はじき出し初期過程に関する分子動力学計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿部弘亨、青木俊祐、佐藤裕樹、金思雄、松永哲也、楊運民、関村直人
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期講演大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター
  • 年月日: 20111107-09
• [学会発表] Defect Clusters Formed from Large Collision Cascades in fcc Metals Irradiated with Spallation Neutrons (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, H. Abe, et al
  • 学会等名: International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-15)
  • 発表場所: Charleston, SC, USA
  • 年月日: 20111017-22
• [学会発表] Effects of Solute/Impurity Atoms on 1-D Migration of Interstitial Clusters in SUS316L (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Satoh, H. Abe, S. W. Kim and T. Matsunaga
  • 学会等名: ICFRM-15
  • 発表場所: Charleston, SC, USA
  • 年月日: 20111017-22
• [学会発表] Estimation of displacement threshold energy and thermal spike effects due to low energy PKAs in iron (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Abe, S. Aoki, Y. Satoh, S. W. Kim, T. Matsunaga, N. Sekimura, et al
  • 学会等名: ICFRM-15
  • 発表場所: Charleston, SC, USA
  • 年月日: 20111017-22
• [学会発表] Zr-Nb合金の水素化および腐食挙動に関する研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿部弘亨、篠原靖周、牟田浩明、田口富嗣、金思雄、松永哲也、佐藤裕樹
  • 学会等名: 日本原子力学会2011年秋の大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 20110920-22
• [学会発表] In-situ TEM Observation of Growth Process of Zr hydrides in Zircaloy-4 during Hydrogen Ion Implantation (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Shinohara, H. Abe and N. Sekimura
  • 学会等名: 2011 Water Reactor Fuel Performance Meeting
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 20110911-14
• [学会発表] Degradation mechanism in Zr-based alloys under irradiation and hydrogenation (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Abe, Y. Satoh, S. W. Kim, T. Iwai, N. Sekimura, et al
  • 学会等名: IMP Seminar, Institute of Modern Physics CAS
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 2011-06-20
• [学会発表] Recovery of ion-irradiation-induced-defects in reactor pressure vessel model alloys (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Murakami, T. Iwai, H. Abe, Y. Katano, T. Iwata, T. Onitsuka, N. Sekimura
  • 学会等名: NUMAT2010
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 20101004-07
• [学会発表] Hardening and correlated microstructure evolutions under irradiation and hydrogenation in Zr-Nb binary alloys (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Abe, Y. Shinohara, Y. Satoh, S. W. Kim, T. Iwai
  • 学会等名: NUMAT2010
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 20101004-07
• [学会発表] 分子動力学法による純鉄およびジルコニウムのはじき出ししきいエネルギー評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青木俊祐, 阿部弘亨, 佐藤裕樹, 金思雄, 関村直人, 楊運民
  • 学会等名: 日本金属学会第147回講演大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20100925-27
• [学会発表] SUS316鋼における格子間原子集合体の一次元運動のHVEMその場観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤裕樹, 阿部弘亨, 金思雄
  • 学会等名: 日本金属学会第147回講演大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20100925-27
• [学会発表] Zr-Nb合金の水素化および腐食に関する研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 阿部弘亨, 佐藤裕樹, 金思雄, 篠原靖周
  • 学会等名: 日本金属学会第147回講演大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20100925-27
• [学会発表] 原子炉圧力容器モデル合金の低温イオン照射による欠陥の回復挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村上健太, 関村直人, 岩井岳夫, 片野吉男, 岩田忠夫, 阿部弘亨, 鬼塚貴志
  • 学会等名: 日本原子力学会2010年秋の大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20100915-17
• [学会発表] Degradation mechanism in Zr-based alloys under irradiation and hydrogenation (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Abe
  • 学会等名: 第25回日本原子力学会核燃料部会夏期セミナー
  • 発表場所: 鹿児島県霧島市
  • 年月日: 20100805-07
• [学会発表] 鉄薄膜の低温イオン照射による欠陥の回復挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村上健太, 岩井岳夫, 片野吉男, 岩田忠夫, 関村直人, 鬼塚貴志, 阿部弘亨
  • 学会等名: 日本金属学会2010年春期大会(第146回)大会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20100328-30
• [学会発表] 高濃度合金における格子間原子集合体の一次元運動モデル (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤裕樹, 金思雄, 阿部弘亨
  • 学会等名: 日本金属学会2010年春期大会(第146回)大会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20100328-30
• [学会発表] Potential application of transmission electron microscopes and their interfaces with ion accelerators for in-situ observations of radiation effects and beam modifications (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Abe
  • 学会等名: NPIC SEMINAR Nuclear Materials and Irradiation Effect
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 20092324
• [学会発表] In-situ TEM observation and first principle calculation study on hydride formation in zirconium alloy (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Abe, Y. Shinohara and N. Sekimura
  • 学会等名: 日本原子力学会2009年秋の大会日韓セミナー
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20090916-18
• [学会発表] Effect of microstructure and dose rate on ion-irradiation-induced hardening in A533B RPV steels (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Murakami, H. Abe, T. Iwai, S. Tamura, Y. Katano, T. Iwata, N. Sekimura
  • 学会等名: International Group on Radiation Damage Mechanism (IGRDM-15)
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 2009-12-16
• [学会発表] An experimental evaluation of freely migrating defect formation in iron by ion irradiation at low temperature (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Iwai, H. Abe, K. Murakami, T. Iwata, T. Onitsuka and N. Sekimura
  • 学会等名: IGRDM-15
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 2009-12-16
• [図書] 原子炉圧力容器鋼中の照射欠陥の挙動と経年劣化に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村上健太
  • 総ページ数: 135
• [図書] 分子動力学法による鉄およびジルコニウムの欠陥形成初期過程に関する研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 青木俊祐
  • 総ページ数: 126
• [図書] ジルコニウム中水素の挙動と脆化に関する原子論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宇田川豊
  • 総ページ数: 143