研究課題
軽水炉保全や核融合炉材料の開発には，照射下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，イオン加速器や材料試験炉等の代替照射場を使った「加速試験」が実施される．しかしながら，代替照射場を使った照射試験が果たしてどの程度劣化速度を加速させているのかは自明でない。本研究の目的は、照射損傷プロセスを理論と実験の両面から理解し、他の工学分野一般で使われている「加速係数」なるものを明らかにすることである。これを実施するには、照射場の定量化、マルチスケール性を踏まえた材料照射プロセスのモデル化と理論、さらにはモデルを検証するための実験データの取得が必須となる。本年度は、以下のような成果を得た。（１）材料劣化を引き起こすミクロ構造変化のもとになっている欠陥集合体の核生成プロセスに注目し、モデル・理論考察から、その照射場依存性（特に、フラックス依存性）は核生成プロセスの物理的違いに起因する。すなわち、ボイドや転位ループでは高フラックスほど核生成は促進され、通常析出物では高フラックスほど抑制される。（２）欠陥流束をもとに加速係数を定義する。こうした観点に立つと、たとえば核融合炉照射のHe損傷効果をイオン加速器照射で代替する場合、現状ではHe/dpa比を一致させるように実験が行われるが、こうした条件では核生成が促進されすぎる。1桁半程度低いHe/dpa比でイオン照射実験を実施すべきであることを理論的に明らかにした。照射データはこの理論提案を示唆する結果になっている。（３）He損傷の反応速度論解析を実施したところ、HFIR照射と核融合炉照射では、ほとんどミクロ組織変化に違いは見られない。（４）入射エネルギースペクトルの効果に注目し、反応速度論解析によりミクロ構造変化を評価したところ、カスケードクラスターの存在はシンクとしての効果の発現により、ミクロ組織発達がかなり増幅される。
2: おおむね順調に進展している
加速係数提案に向けての理論・モデル構築のイメージはできあがりつつある。
本研究のとりまとめの構想は次第にできつつある。これまで従事してきた核生成モデル化研究をもとに、本研究の目的である材料照射相関の構築に次第につながりつつある。
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Proceedings of ICONE-23, 23th International Conference on Nuclear Engineering, May 17-21, 2015, Chiba, Japan
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