| 研究課題/領域番号 |
24246151
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
長谷川 晃 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80241545)
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| 研究分担者 |
野上 修平 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00431528)
佐藤 裕樹 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20211948)
徳永 和俊 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40227583)
長坂 琢也 核融合科学研究所, 核融合科学研究所, 准教授 (40311203)
谷川 博康 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合開発研究部門, 研究主幹 (50354668)
藪内 聖皓 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (70633460)
波多野 雄治 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 教授 (80218487)
實川 資朗 福島工業高等専門学校, 機械・電気システム工学専攻, 教授 (80354835)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 核融合炉 / プラズマ対向壁材料 / 照射効果 / 機械特性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、核融合炉において、高温環境下で中性子照射されたタングステンの高熱流束機器の構造材料として求められる照射脆化および再結晶脆化に対する抵抗性について、材料作製時に導入される層状組織や加工組織、さらに超微細結晶粒などの組織制御の効果や、レニウムなどの合金元素を添加する効果の有効性とその適用範囲を明かにし、さらに中性子照射に起因する劣化の起こり難い材料を作製することを目的としている。そのために、平成24、25年度においては、本計画以前に得られていた知見を基に粉末焼結法を用いて、数種類のタングステン合金を作製し、強度試験用の引張り試験片や曲げおよび熱伝導率評価が可能な試験片の作製を進めた。また弾性ひずみや熱応力の緩和の挙動を曲げ応力緩和試験法を使ってひずみ回復挙動を明かにし、高温での機械特性評価治具などの整備を行った。また、作成した合金における組織微細化により引き延ばされた結晶粒組織に起因する機械特性の異方性や、強度の試験温度依存性、および変形挙動の歪み速度依存性について明らかにした。平成26年度には順次整備してきた室温から1300℃までの温度での引張りおよび疲労試験が可能な試験機を完成させ、これまで作製した種々の合金における高温領域までの機械特性を調査した。その結果、結晶粒微細化法としてKドープ法と、照射欠陥の成長を抑制する効果が期待されるReを３％添加とを複合した合金が、非照射の環境下であるが、従来の純タングステンに比べて延性や強度において優れた特性を持つことを明らかにした。
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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
これまでに計画していた合金試料はすべて作製が終わり、熱処理による組織安定性や機械的特性および熱伝導率などの熱特性についても基本的な挙動がほぼ明かとなった。これで非照射の状態における材料の基本特性を得ることができ、有限要素法にこれらの物性値を入れることで、例えば改良材と従来材で作製したダイバータタイルにおける熱応力分布などを予測することが可能となった。これらについては学会発表とともに論文にまとめ、投稿し、一部は出版された。また、原子炉照射用の微小引張り試験片を用いて最高1300℃での疲労試験を実施し、ダイバータタイルで想定される応力負荷環境を想定した試験も可能となった。これらの装置は27年度以降で計画している照射環境下での高温領域での新合金などの強度特性と組織安定性を調べることを可能にするものであり、今後のための準備も順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
27年度に計画している原子炉を用いた中性子照射実験に向けた試験片の作製を進めて行く。また、中性子による重照射領域における組織安定性評価のために、H26年度から試験的にはじめた原子力研究開発機構高崎研究所の加速器を使った重イオン照射を本格的に開始し、照射後の微細組織観察や超微小押し込み試験により強度変化を調べ、これまでに得られている1.5dpaまでの中性子照射データとの比較を行って、低照射量領域における中性子・重イオン照射相関則を明らかにする。さらに核融合炉で想定される15～30dpaまでの高照射量領域の照射挙動を重イオン照射によって調べていく。またこれまでに作製したタングステン合金から微小引張り試験片や熱伝導測定あるいは組織観察用試験片を作製し、原子炉照射のための試験片の準備と、原子炉への装荷を始める。
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