2013 Fiscal Year Annual Research Report
高レベル放射性廃棄物の処理用コンテナ材料の開発研究
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25289249
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石丸 学 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 和久 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70314424)
内藤 宗幸 甲南大学, 理工学部, 准教授 (10397721)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ構造材料 / 照射効果 / アモルファス化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子力発電所から排出される高レベル放射性廃棄物の処理が世界規模で問題となっている。現在、高レベル放射性廃棄物はガラスと共に融解され、ステンレス容器へ注入・固化されている。しかしながら、ガラス固化体の寿命は数百年程度で、放射性元素崩壊の半減期に較べるとかなり短い。放射性廃棄物を人類から長期間に渡って安全に隔離するには、新たなコンテナ材料の開発が急務である。
放射性元素は崩壊の際に多量の放射線を発生し、周囲の材料に原子レベルの欠陥を与える。このため、照射環境下に曝されても、構造変化やそれに伴う材料劣化が起こらないことが、コンテナ材料に対する１つの要求となっている。最近我々は、低次元ナノ構造化により、炭化ケイ素(SiC)の耐照射性が飛躍的に向上することを見いだした(Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (2012) 13429)。この原因を明らかにするため、本研究では電子線照射下における本物質の照射挙動を、透過電子顕微鏡法(TEM)により調べた。
断面観察の結果、蒸着試料では3C-SiCが(111)配向してロッド状に成長し、10nm以下の間隔で、高密度の積層欠陥および双晶が存在することが明らかとなった。この試料に加速電圧300kVで電子線照射を施し、構造変化の高分解能「その場」観察を行った。照射前の試料には、成長方向に対して垂直な(111)面欠陥に加えて方位の異なる面欠陥が存在していたが、電子線照射によりそれらの欠陥が優先的にアモルファス化することが確認された。この結果は、照射時に導入された格子間原子や空孔等の点欠陥が成長方向に対して垂直な(111) 面欠陥の間を移動し、方位が異なる面欠陥部でトラップされることを示唆している。面欠陥を多量に含む本試料の場合、点欠陥の移動が面欠陥と面欠陥の間に制限される可能性があり、この欠陥移動に対する空間的制限が、本物質の耐照射性の向上に寄与していると考えられる。
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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
装置の故障により経費の繰り越しを行ったが、修理後は予想以上に研究が進展し、当初計画通りの成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
照射環境下における材料の劣化は、原子レベルでの欠陥の蓄積により引き起こされる。逆に言えば、欠陥が回復するメカニズムを明らかにすれば、優れた耐照射性を有する材料の開発に結びつけることが出来る。
本年度は、欠陥の移動度をコントロールする目的で、温度を変化させてイオン照射を行い、ダメージの蓄積・回復に関する原子レベルでの情報を得る。加えて、昨年度開発したナノ構造SiCの構造の詳細を先端的電子顕微鏡技術により明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本研究を実施するに当たり大阪大学産業科学研究所の高分解能透過電子顕微鏡を用いていたが、先方での装置の更新に伴い、本装置の管理が難しい状況になった。そこで、平成26年度の本装置を九州工業大学に移設することとし、その移設費用として学術研究助成基金助成金分を繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成26年度末に大阪大学から九州工業大学に透過電子顕微鏡を移設する。
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Research Products
(2 results)
