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2013 年度 実施状況報告書

原子炉システム安全の高度化に必要な材料照射相関則と材料挙動予測

研究課題

研究課題/領域番号 25420907
研究種目

基盤研究(C)

研究機関京都大学

研究代表者

森下 和功  京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (80282581)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード反応速度論解析 / 分子動力学 / マルチスケールモデリング / 照射損傷 / ボイドスエリング / 原子力 / 照射相関 / 材料試験炉
研究概要

軽水炉や核融合炉の材料は、放射線の照射によって劣化する。軽水炉保全の高度化や核融合炉材料の開発には、こうした材料劣化を予測する技術が必要になる。材料劣化の予測には、現在、材料試験炉やイオン加速器等、代替の照射場を使った「加速照射」が行わえれているが、果たしてどの程度加速されているのか、しかしながら、他の工学一般で言う、いわゆる「加速係数」が明らかになっていない。本研究では、各種材料シミュレーション手法を使って材料照射損傷のマルチスケールモデリングを行い、材料劣化の加速係数を導出するための検討を行う。今年度は、分子動力学法等を使って導出された欠陥反応のエネルギー論を応用し、反応速度論ベースで照射欠陥蓄積プロセスを定量し、欠陥蓄積過程、特に、スエリングについて調べた。同時に、照射場を特徴づける中性子エネルギースペクトルからはじき出し損傷速度dpa/sを導出し、各照射場の定量化を行った。対象の照射場は、JMTR、HFIR、核融合炉(14MeV中性子)、KUR、JOYO(Outer wall部とFuel area部)である。その結果、加速係数を検討するのに重要な、以下の知見を得た。
・核融合炉やJOYO(Outer wall部)を除くと、中性子全フラックス(>0.1MeV)とdpa/sはほぼ1本の直線に乗る。スペクトルの硬い核融合炉やJOYO(Outer wall部)については、その傾向からはずれ、高めのdpa/sになる。
・dpa/sや照射温度を変化させて系統的にスエリング量を反応速度論解析により評価したところ、スエリング量は照射温度に対してピークをもち、また、高dpa/sほどスエリングピークは高温側へシフトする傾向がみられた。この傾向は、実験的な評価と定性的に一致する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

反応速度論解析により、ボイドスエリングに関する照射相関則が得られそうであり、順調に成果が得られている。いかに定量化し、加速係数の形に表現していくかについては、今後の理論的検討が必要である。また、系統的な照射データの整備については、順次文献等を使って実施している。

今後の研究の推進方策

系統的な実験データの取得については、生のデータがなかなか入手できない分野であり、実際調査してみたが、今後も相応の困難が予想される。統計的に意味のあるデータをそろえることを目的にするのではなく、本研究の理論評価で得られる相関式もしくは加速係数等の検証に実験データを利用する程度にしておくことが意味のある研究になると思われる。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (26件)

  • [雑誌論文] Damage rate dependence of defect cluster nucleation in tungsten during irradiation2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamamoto, J. Yoshimatsu, K. Morishita
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 442 ページ: S773-S775

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2013.04.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stress dependence of oxygen diffusion in ZrO2 film2013

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Yamamoto, Kazunori Morishita, Hirotomo Iwakiri, Yasunori Kaneta
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

      巻: 303 ページ: 42-45

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2012.12.021

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Displacement damage rate dependence of defect cluster formation in a-Fe during irradiation2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe, K. Morishita, Y. Yamamoto, D. Hamaguchi, H. Tanigawa
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

      巻: 303 ページ: 100-103

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2013.01.044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical evaluation of oxidation rate of Zr2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamamoto, K. Morishita, H. Iwakiri, Y. Kaneta
    • 雑誌名

      Material Research Society (MRS) Online Proceedings Library

      巻: 1535 ページ: mmm12-a-0313

    • DOI

      10.1557/opl.2013.461

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical investigation of oxidation mechanism of fuel cladding in light-water reactor2013

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Yamamoto, Kazunori Morishita, Hirotomo Iwakiri, Yasunori Kaneta
    • 雑誌名

      E-Journal of Advanced Maintenance

      巻: 5 (1) ページ: 1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrated Material System Modeling of Fusion Blanket2013

    • 著者名/発表者名
      A. Sagara, R. Nygren, M. Miyamoto, D. Nishijima, R. Doerner, S. Fukada, Y. Oya, T. Oda, Y. Watanabe, K. Morishita, F. Gao, T. Norimatsu
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 54 ページ: 477-483

    • 査読あり
  • [学会発表] 反応速度論モデルによる欠陥集合体形成の照射場依存性評価2014

    • 著者名/発表者名
      中筋俊樹,山本泰功,森下和功,渡辺淑之
    • 学会等名
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • 発表場所
      東京都市大学世田谷キャンパス
    • 年月日
      20140326-20140328
  • [学会発表] 「事故耐性燃料・材料開発の国内外の取り組み」 (1)炉心燃料の安全性向上に関する技術戦略2014

    • 著者名/発表者名
      森下和功,山本泰功
    • 学会等名
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • 発表場所
      東京都市大学世田谷キャンパス
    • 年月日
      20140326-20140328
  • [学会発表] 確率論的モデルを用いた燃料管理の有効性の評価2014

    • 著者名/発表者名
      山本泰功,中筋俊樹,森下和功
    • 学会等名
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • 発表場所
      東京都市大学世田谷キャンパス
    • 年月日
      20140326-20140328
  • [学会発表] 原子力安全基盤の寿命に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      森下和功,山本泰功,中筋俊樹,岩切宏友
    • 学会等名
      京都大学学際融合教育研究推進センター生存基盤科学研究ユニット研究成果発表会「萌芽研究 -生存基盤科学におけるサイクルと寿命-」
    • 発表場所
      京都大学宇治キャンパス
    • 年月日
      20140306-20140306
  • [学会発表] 高フルエンス水素プラズマ-タングステン材料相互作用による原子空孔での多重水素捕獲・熱放出過程の研究2014

    • 著者名/発表者名
      加藤太治,山本泰功,森下和功
    • 学会等名
      京都大学エネルギー理工学研究所ゼロエミッションエネルギー研究拠点平成25年度共同利用・共同研究成果報告会
    • 発表場所
      京都大学宇治キャンパスエネルギー理工学研究所
    • 年月日
      20140305-20140305
  • [学会発表] 燃料安全体系化2014

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業成果報告会
    • 発表場所
      三菱総合研究所
    • 年月日
      20140214-20140214
  • [学会発表] 燃料安全体系化2014

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業 漏洩研究会
    • 発表場所
      北海道大学工学部
    • 年月日
      20140130-20140130
  • [学会発表] 燃料安全体系化2014

    • 著者名/発表者名
      森下和功,山本泰功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業第3回システム安全研究会全体会合
    • 発表場所
      三菱総合研究所本社
    • 年月日
      20140120-20140120
  • [学会発表] 「窓材研究会」趣旨説明とロジックダイアグラム策定の提案2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      京都大学エネルギー理工学研究所附属エネルギー複合機構研究センター共同研究研究会
    • 発表場所
      京都大学エネルギー理工学研究所
    • 年月日
      20131210-20131210
  • [学会発表] ヘリウム影響を考慮した材料照射損傷モデル2013

    • 著者名/発表者名
      山本泰功,森下和功
    • 学会等名
      京都大学エネルギー理工学研究所附属エネルギー複合機構研究センター共同研究研究会
    • 発表場所
      京都大学エネルギー理工学研究所
    • 年月日
      20131210-20131210
  • [学会発表] 核融合炉設計のための材料劣化予測技術の開発2013

    • 著者名/発表者名
      中筋俊樹,山本泰功,森下和功,渡辺淑之
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第30回年会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20131203-20131206
  • [学会発表] 燃料安全体系化2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業(原子力規制帳)、中間報告会
    • 発表場所
      三菱総合研究所
    • 年月日
      20131129-20131129
  • [学会発表] 燃料安全体系化2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業(原子力規制帳)、平成25年第2回システム安全研究会
    • 発表場所
      東京大学工学部
    • 年月日
      20131120-20131120
  • [学会発表] 計算機シミュレーションを用いた軽水炉の燃料管理最適化のための研究2013

    • 著者名/発表者名
      山本泰功、森下和功
    • 学会等名
      日本原子力学会関西支部会「第9回若手研究者による研究発表会」
    • 発表場所
      福井大学附属国際原子力工学研究所
    • 年月日
      20131108-20131108
  • [学会発表] 燃料安全体系化2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業(原子力規制庁)、平成25年度第1回漏洩研究会
    • 発表場所
      北海道大学工学部
    • 年月日
      20131105-20131105
  • [学会発表] 核融合炉設計のための材料劣化予測技術の開発2013

    • 著者名/発表者名
      中筋俊樹,山本泰功,森下和功
    • 学会等名
      照射下材料ミクロ構造変化のモデル化のための研究会
    • 発表場所
      京都大学エネルギー理工学研究所
    • 年月日
      20131021-20131022
  • [学会発表] Heバブル形成プロセスの照射場依存性2013

    • 著者名/発表者名
      山本泰功,森下和功
    • 学会等名
      照射下材料ミクロ構造変化のモデル化のための研究会
    • 発表場所
      京都大学エネルギー理工学研究所
    • 年月日
      20131021-20131022
  • [学会発表] Multiple hydrogen trapping and thermal release at vacancies in high-fluence hydrogen plasma-tungsten materials interaction2013

    • 著者名/発表者名
      D. Kato, Y. Yamamoto, K. Morishita
    • 学会等名
      International Symposium of Advanced Energy Science - Principle of Zero-Emission Energy -
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      20130930-20131002
  • [学会発表] Modeling and simulation of radiation damage in materials for fusion application2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe, K. Morishita, Y. Yamamoto, S. Kondo, T. Suzudo
    • 学会等名
      International Symposium of Advanced Energy Science - Principle of Zero-Emission Energy -
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      20130930-20131002
  • [学会発表] Atomic modeling for oxygen diffusion behavior in ZrO22013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kaneta, Y. Yamamoto, K. Morishita
    • 学会等名
      International Symposium of Advanced Energy Science - Principle of Zero-Emission Energy -
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      20130930-20131002
  • [学会発表] Investigation of methodology for deliberative polling based on science education to better reflect public opinion for nuclear power and other energy sources2013

    • 著者名/発表者名
      H. Iwakiri, T. Nakasuji, Y. Yamamoto, N. Murayoshi, K. Morishita
    • 学会等名
      International Symposium of Advanced Energy Science - Principle of Zero-Emission Energy -
    • 発表場所
      Kyoto University
    • 年月日
      20130930-20131002
  • [学会発表] 燃料安全体系化2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功,山本泰功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業 第2回照射劣化研究会
    • 発表場所
      三菱総合研究所
    • 年月日
      20130927-20130927
  • [学会発表] 燃料破損時の炉停止リスク評価2013

    • 著者名/発表者名
      山本泰功,中筋俊樹,森下和功
    • 学会等名
      日本原子力学会2013年秋の大会
    • 発表場所
      八戸工業大学
    • 年月日
      20130903-20130905
  • [学会発表] 燃料安全体系化2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業第1回システム安全検討会
    • 発表場所
      三菱総合研究所
    • 年月日
      20130730-20130730
  • [学会発表] 最適な原子炉保全のための燃料リークに起因するリスク評価2013

    • 著者名/発表者名
      山本泰功,中筋俊樹,森下和功
    • 学会等名
      日本保全学会第10回学術講演会
    • 発表場所
      ホテル阪急エキスポパーク
    • 年月日
      20130724-20130726
  • [学会発表] 燃料安全体系化2013

    • 著者名/発表者名
      森下和功
    • 学会等名
      平成25年度高経年化技術評価高度化事業 第1回総括検討会
    • 発表場所
      三菱総合研究所
    • 年月日
      20130621-20130621

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公開日: 2015-05-28  

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