2015 Fiscal Year Research-status Report
カスケード損傷における格子間原子集合体の一次元運動 -機構解明とモデリング-
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15K06663
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 裕樹 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20211948)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 原子力材料 / 照射効果 / 格子間原子集合体 / 一次元運動 / 鉄鋼材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
北海道大学の超高圧電子顕微鏡（JEM-ARM1300）を用いて，1250kV電子照射により純鉄に導入される格子間原子集合体の一次元（1D）運動について照射温度110 - 300 Kの範囲で調査した。250 K以下の低温では１D運動距離が著しく短くなることを見いだした。分子静力学法に基づく計算機シミュレーションを用いて、格子間原子集合体と空孔の相互作用を検討した。低温での電子照射によって高濃度に蓄積された空孔により１D運動が阻害されている可能性が示唆された。
公称純度の異なる数種の純銅を入手し、不純物分析を行った。これらの銅について格子間原子集合体の1D運動挙動を調査した。鉄の場合と同様に低温では１D運動距離が短くなることが判明した。純度と１D運動距離の関係は今後解析する予定である。
オーステナイト鋼SUS304、およびSUS316L、核融合炉ブランケット構造材として開発が進められているフェライトマルテンサイト鋼F82Hを入手し、侵入型元素の分析を行った。またSUS316Lにはアーク溶解法により炭素濃度を高めたモデル合金を作製した。名古屋大学の超高圧電子顕微鏡を用いて，これら鉄鋼材料中の格子間原子集合体の１D運動を室温 - 400℃の照射温度範囲でその場観察した。電子照射下ではすべての実用鋼において1D運動が生ずることを確認した。さらに１D運動距離や１D運動の起こる頻度を鋼種、および照射温度、電子ビーム強度の関数として解析中である。また高温ではこれら実用鋼中の１D運動が抑制される傾向がみられた。この抑制効果は、炭素をはじめとする侵入型元素が格子間原子集合体に偏析するためと予想し、この仮説を検証するために熱処理実験を行った。結果は現在解析中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
鉄の電子照射その場観察により、低温では１D運動距離が著しく短くなる効果を見出した。本研究で中心となる銅においても同様の傾向が見られたため、種々の材料に当てはまる一般的な現象であると考えた。銅は本研究課題から初めて対象に加えた材料であるため基本的なデータが不足しており、結果をまとめるために多くの時間を要すると予想した。そこで予定を変更しデータ蓄積の比較的豊富な鉄を先に解析することとした。また計算機シミュレーションにおいても鉄に関して実績があるため、比較的早期に結果が得られモデルの定量化に役立った。ひきつづき銅の解析を実施している。
fcc金属の格子間原子集合体において１D運動可能なプリズマティック型と１D運動できないフランク型を区別する方法についてオーステナイト鋼を用いて検討しているが、両者を識別可能になっていない。同じ試料を用いて、実用鋼中の不純物と１D運動の関係を明らかにする実験も並行して実施した。この課題は当初来年度に実施する計画であったが、試料の種類も多く実施に多くの時間を要すると予想されることから、前倒しで開始した。
以上のように実施順序が入れ替わった項目はあるが、得られた結果の内容からみて研究は着実に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、イオン照射実験を開始する。これまでの実績がないため、最初に加速電圧と照射量の条件をいろいろに変化させて導入される欠陥組織を透過電子顕微鏡で観察する。個々のカスケード損傷から直接形成される空孔型および格子間原子型の欠陥集合体を透過型電子顕微鏡で捉えることを最初の目標に設定する。
既に実施した電子照射下の１D運動挙動については、データ取得を進展させるとともに不足している条件については再実験を行うことで、可能な結果から先に論文として報告するものとする。
１D運動挙動の解析を半自動化する画像解析システムを開発するために、ソフトウェア開発業者との打ち合わせを実施したが技術的課題が解決されず製作できなかった。したがって、撮影された動画をコマ送りで再生しながら個々の欠陥の変化を肉眼で追跡する従来の方法で実験結果の解析を開始した。肉眼で取得したデータと自動取得したデータを直接比較することは適切ではないと考えられるため、画像解析システムの開発は今後一旦凍結し区切りのよいところまで従来のデータ取得方法を用いることとする。
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| Causes of Carryover |
１D運動挙動の解析を半自動化する画像解析システムに関して、本研究開始後すぐにソフトウェア開発業者３社と面談および電子メールを用いて打ち合わせを行った。その中で技術的な問題が浮かび上がり、これを解決できる見通しが立たず、製作をスタートさせることができなかった。このためにソフトウェア開発費が発生せず、次年度使用額が生じた。
また超高圧電子顕微鏡を使用した出張実験を３回実施したが、それぞれ装置所有機関から出張旅費または装置使用料について一部支援を受けた（例えばナノテクノロジープラットフォームなど）。これも次年度使用額が生じた理由のひとつである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究を進展させるために、従来の方法でデータ取得を開始した。今後、これら取得済みデータと自動取得データを混合することを避けるために、画像解析システムの開発は今後一旦凍結する。代わりに従来法によるデータ取得効率を高める必要がある。学生によるアルバイトの活用などについて検討する。
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[Journal Article] The effect of crystallographic mismatch on the obstacle strength of second phase precipitate particles in dispersion strengthening: bcc Nb particles and nanometric Nb clusters embedded in hcp Zr2016
Author(s)
Y. Matsukawa, HL. Yang, K. Saito, Y. Murakami, T. Maruyama, T. Iwai, K. Murakami, Y. Shinohara, T. Kido, T. Toyama, Z. Zhao, YF. Li, S. Kano, Y. Satoh, Y. Nagai, H. Abe
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Journal Title
ACTA MATERIALIA
Volume: 102
Pages: 323-332
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Effects of alloying elements (Sn, Nb, Cr, and Mo) on the microstructure and mechanical properties of zirconium alloys2015
Author(s)
HL. Yang, JJ. Shen, Y. Matsukawa, Y. Satoh, S. Kano, ZS. Zhao, YF. Li, F. Li, H. Abe
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Journal Title
JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY
Volume: 52
Pages: 1162-1173
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Effect of post-weld heat treatment and neutron irradiation on a dissimilar-metal joint between F82H steel and 316L stainless steel2015
Author(s)
HY. Fu, T. Nagasaka, N. Kometani, T. Muraga, WH. Guan, S. Nogami, K. Yabuuchi, T. Iwata, A. Hasegawa, M. Yamazaki, S. Kano, Y. Satoh, H. Abbe, H. Tanigawa
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Journal Title
FUSION ENGINEERING AND DESIGN
Volume: 98-99
Pages: 1968-1972
DOI
Peer Reviewed
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