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2014 年度 実績報告書

LCSγ線-対生成陽電子を用いた金属合金中の水素状態と脆性機構に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26289365
研究機関大阪府立大学

研究代表者

堀 史説  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20275291)

研究分担者 寺澤 倫孝  兵庫県立大学, 付置研究所, 研究員 (20197792)
井上 博之  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40203252)
岩瀬 彰宏  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60343919)
宮本 修治  兵庫県立大学, 付置研究所, 教授 (90135757)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード陽電子ビーム / 対生成 / 水素 / 格子欠陥 / 腐食 / 脆性
研究実績の概要

本研究は、金属中の水素脆化や腐食などに寄与する水素原子と格子欠陥との関連性について評価するために、従来不可能であった材料深部の欠陥状態を非破壊にて評価するために新しい陽電子ビーム装置を開発するとともに、実際の金属合金に対し水素チャージや照射などの方法により導入した格子欠陥と水素の基礎的な相関から脆性の機構の基礎研究を行うことを目的としている。初年度の研究では、兵庫県立大学高度産業科学技術研究所の放射光施設であるニュースバル内のビームラインBL-01において、レーザーコンプトンγ線を生成しこれを鉛のターゲットを使って陽電子の対生成を行い、磁場によって分離した陽電子を試料まで導くラインの作製にあたった。大気中では磁場分離による測定用試料へ陽電子を入射し、配置した試料の種類などによって異なる陽電子消滅のスペクトルを観測することに成功した。測定例として、純鉄の金属疲労前後の厚さ2mmの板材を測定し、疲労による欠陥の導入の有無を検出できた。またアモルファス合金を結晶化させた場合の密度変化に対応する変化も検出できた。さらに真空でのビームラインを設計、配置したが想像以上にバックグラウンドのノイズが多く試料中での陽電子消滅を分離解析ができていない。これに関しては、再度ビームラインの設計計算により改良を検討しSN比の向上を検討中である。一方、材料中の欠陥と水素に関する実験としては、特に格子欠陥と水素の相互作用が着目されているB2構造のFe-Al合金をアーク溶解にて作製し、0.1mm厚の薄い板状試料に京都大学原子炉実験所にて電子線照射を行い導入された欠陥の同定を行った。これと同様の試料で高速陽電子測定のためのバルク材として厚さ1mm以上の板材を切り出し加工するなど行った。

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

計画では、(1)放射光施設で生成した高速陽電子の磁場分離と試料への導入のための装置の構築、(2)陽電子消滅測定系の構築、(3)水素注入、腐食等の測定用試料の作製が初年度の主な予定である。これに対し、(1)については装置は設計もほぼ終わり作製した装置の一部(磁場分離から試料までの導入部)で試料の測定が可能になり、実際に大気中では測定にも成功した。しかし、真空中ではチャンバとの干渉が一部生じたためノイズが発生したため、現在改良検討中である。(2)はこれによって、実際に陽電子消滅ドップラー広がり測定を実施できるよう構築済みである。(3)については、対象試料として金属疲労についてはこれまでに作製していた純鉄の疲労試験試料を流用した実測定を実施した。また新たに水素と格子欠陥との相互作用の強さに着目してFe-Al合金を作製し欠陥導入として電子線照射まで行い、水素チャージ用の条件出しの実験は遂行中である。以上のように、計画に対してはおおよそ8割程度以上は達成しているが、実験の実施により新たにわかった点もいくつかあるため、それらを次年度以降に解決しながら進めて行くことで、現時点では次年度以降の計画についてもほぼ予定通り遂行可能である。

今後の研究の推進方策

今後は、基本的には計画に予定通りの内容で実施していく。特に陽電子ビームの調整とパラメータとして複数のエネルギーでの測定についての検討、また測定については、前年度までに作製した試料のRI陽電子での測定とビームでの測定を随時実施して行く。また試料については、作製と照射および水素チャージも継続して進めて行く。具体的には、理論的には陽電子のエネルギーは入射するレーザーの波長を変更することで複数のエネルギーを得られるため、深さを特定できる様に種類の異なる1mm程度の板材試料を準備しており、これを積層順を変えることで陽電子ビームの侵入深さを評価する。また、初年度に問題になったバックグラウンドに対してはチャンバ内壁に散乱で消滅した陽電子によるガンマ線であることがわかっているため、これらを遮蔽により改善して行く。

次年度使用額が生じた理由

本研究では、装置の作製にあたっては業者との打合せによる完全オリジナルでの設計による製作物品の作製が必須である。本装置と同じ思想での設計および作製にあたっては、ほとんど他に実施例がないため、今回の様に問題点も出てくる可能性もあり、そのため部分毎に設計作製をすすめて問題点をあぶり出す形で実施してきた。そのため、細かな設計打合せなども予定より長引いており、現時点で、磁場分離から試料前までのラインを完成させたがそこでSN比の向上のための改良が必要になり、設計の修正などを行っているため、当初予定していた装置の設計作製が初年度では完了しなかった。現在も改良と設計および製作にあたって業者との打合せによりすすめており、できるだけ今年度での完成を目指している。

次年度使用額の使用計画

上述のように、計画していたオリジナル装置の設計に修正改良を加えた形で、最終的には基本的に予定通りの装置として作製して納品の予定である。そのため、予算の使用が遅れただけであり全体的な使用額には大きな変更はなく遂行する。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Production of Positrons via Pair Creation from LCS Gamma-rays and Application to Defect Study in Bulk Materials2014

    • 著者名/発表者名
      F. Hori, K. Ishii, T. Ishiyama, A. Iwase, S. Miyamoto, M. Terasawa
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. Conf. Proc.

      巻: 2 ページ: 1 - 7

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 250℃の高圧水素ガス中でのSUS304鋼の水素脆化感受性2014

    • 著者名/発表者名
      小出賢一、南孝男、安樂敏朗、岩瀬彰宏、井上博之
    • 雑誌名

      材料と環境

      巻: 63 ページ: 523-527

    • 査読あり
  • [学会発表] ニュースバルでのレーザーコンプトン散乱γ線を用いた対生成陽電子による陽電子消滅装置の開発2015

    • 著者名/発表者名
      堀史説、上野陽平、石山大志、石井康嗣、岩瀬彰宏、寺澤倫孝、宮本修治
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 反応方程式を用いたAl合金における照射欠陥挙動と照射促進偏析の解析2015

    • 著者名/発表者名
      真弓蓮、岩瀬彰宏、義家敏正
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      東京大学駒場キャンパス(東京)
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [学会発表] 過共晶バルクアモルファス合金中の自由体積にみる局所構造の組成依存性2014

    • 著者名/発表者名
      石山大志、石井康嗣、岩瀬彰宏、横山嘉彦、今野豊彦、堀史説
    • 学会等名
      大阪府立大学地域連携研究機構・放射線研究センター共同利用報告会
    • 発表場所
      大阪府立大学(大阪)
    • 年月日
      2014-12-24 – 2014-12-24
  • [学会発表] ニュースバルにおけるLCS-γを利用した陽電子対生成による陽電子消滅測定装置の開発2014

    • 著者名/発表者名
      堀史説、上野陽平、石井康嗣、岩瀬彰宏、寺澤倫孝、宮本修治
    • 学会等名
      陽電子科学研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所(大阪)
    • 年月日
      2014-11-29 – 2014-11-29
  • [学会発表] ガンマ線照射下の希薄な塩化物水溶液中での鉄電極反応の検討2014

    • 著者名/発表者名
      井手原龍一,井上博之,小嶋崇夫,岩瀬彰宏
    • 学会等名
      材料と環境討論会
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター(鳥取)
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-28
  • [学会発表] 窒素ガスで脱気された希薄な塩化物水溶液中でのガンマ線照射による酸化性化学種の生成と鉄の放射線腐食への影響2014

    • 著者名/発表者名
      神田泰寛, 井上博之, 小嶋崇夫, 岩瀬彰宏
    • 学会等名
      材料と環境討論会
    • 発表場所
      米子コンベンションセンター(鳥取)
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-28
  • [学会発表] 高速イオンビーム励起反応場による金属内の非熱平衡構造,低次元微細構造発現と材料特性制御2014

    • 著者名/発表者名
      岩瀬彰宏
    • 学会等名
      第23回素材工学研究懇談会
    • 発表場所
      東北大学片平さくらホール(宮城)
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-07
    • 招待講演
  • [学会発表] 高エネルギーイオン励起反応場による金属間化合物の構造変化と硬度・磁性制御2014

    • 著者名/発表者名
      岩瀬彰宏,金野泰幸,堀史説,松井利之,吉崎宥章、小出哲也、小島啓、斉藤勇一、千星聡
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知)
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] 鉄の放射線腐食への溶液pHの影響と腐食機構の検討2014

    • 著者名/発表者名
      井手原龍一、井上博之、小嶋崇夫、岩瀬彰宏
    • 学会等名
      日本材料学会腐食防食部門委員会 第300回 例会
    • 発表場所
      たかつガーデン(大阪)
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-19
  • [学会発表] Positron annihilation Doppler broadening measurement by using a LCSgamma beam generated at photon factory2014

    • 著者名/発表者名
      F. Hori, Y. Ueno, K. Ishii, T. Ishiyama, A. Iwase, S. Miyamoto, M. Terasawa
    • 学会等名
      The International Workshop on Positron study of Defects 2014
    • 発表場所
      Clock Tower Centennial Hall (Kyoto, Japan)
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-19
  • [学会発表] Study of local structure in hyper-eutectic ZrCuAl bulk glassy alloys by positron annihilation techniques2014

    • 著者名/発表者名
      T. Ishiyama, K. Ishii, Y. Yokoyama, T.J. Konno, A. Iwase, F. Hori
    • 学会等名
      The International Workshop on Positron study of Defects 2014
    • 発表場所
      Clock Tower Centennial Hall (Kyoto, Japan)
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-19

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公開日: 2016-06-01  

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