原子炉照射環境計測の高度化のための照射履歴記憶素子の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480139
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 阿部 勝憲 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70005940)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤原 充啓 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60333861) ; 佐藤 学 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40226006) ; 長谷川 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80241545)
• Keywords: モニター材料 / イオンビーム応用 / 炭化珪素 / 原子炉照射環境

Research Abstract

温度履歴を検出するために、炭化珪素の試験片上に銅メッシュを用いてマスキングをし、照射領域と非照射領域を作ったものに、ヘリウムイオンを室温で3MeVのエネルギーで注入し表面にはじき出し損傷によるスエリング領域を作製した。この試料に対して、最高1200℃までの加熱を行い、照射領域の剥離挙動とその他の領域の表面剥離の挙動をレーザー顕微鏡にて観察を行った。これにより、剥離挙動が顕著になる温度がヘリウムの照射量に対して異なること、900℃以上ではほぼ剥離が起こらないことが明らかとなった。本年度は特にこの剥離のメカニズムについて検討を行った。
表面剥離と隆起領域周辺で見られるき裂の状況を観察した結果、剥離が加熱中の気泡形成などによる体積膨張による圧縮応力によって起こるのではなく、隆起領域の引張り応力によって発生する可能性があることが明らかになった。剥離のメカニズムは、はじき出し損傷による体積膨張(スエリング)と注入ガスによるキャビティ形成が原因と考えられていたが、有限要素法を用いて実際の実験データで得られたパラメータを用いて解析を行った。
その結果、照射領域の炭化珪素の非晶質化によるスエリングが等方的に10%起こると仮定し、表面段差測定で得られた体積膨張が起こるとすると、表面と平行な方向に対する応力が破壊応力を超えてしまい、実験で得られたような段差が存在し得ないことが明らかとなった。これに対して、照射下クリープを想定して、クリープによる応力緩和条件をいれて破壊が起こらない条件を探索したところ、中性子照射で過去に得られた値を室温近傍まで外挿した値にほぼ一致した。これにより、表面隆起が起こる過程で、スエリングがその周辺の非照射領域の拘束力によりクリープ変形がおこり、それが応力緩和を起こして隆起が形成されることを示した。この後の温度履歴により、スエリングの回復(収縮)が起こり、ある一定量以上の回復が起こると剥離にいたると結論できた。

Research Products

• [Publications] S.Nogami, S.Ohtsuka, M.B.Toloczko, A.Hasegawa, K.Abe: "Analysis of possible deformation mechanisms in helium-ion irradiated SiC"Journal of Nuclear Materials. 307・311 Part2. 1178-1182 (2002)