【研究領域課題番号】19K22153 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

原子力材料 / 照射欠陥 / アトムプローブ / 照射損傷 / イオンビーム / 原子力工学 / 格子欠陥 / 原子力材料・核燃料

【研究成果の概要】

原子炉で使用される構造材料の劣化を評価するための新しい手順を検証しました。三次元アトムプローブトモグラフィー(APT)は、ナノメートルサイズで元素の空間分布を測定できる分析手法ですが、構造材料の分析では、元素の偏りに加えて、結晶方位の情報が重要になります。試料を特定の方向から採取することにより、APTだけを利用した場合でも、ひずみを有する鉄鋼材料であっても試料の結晶方位を同定し、元素偏析の異方性を分析できることを示しました。また、材料中で転位ループを介して複数の元素が集合する現象を観ることに成功しました。

【研究の社会的意義】

APTの誤差の原因となる元素や方位による蒸発率の違いと再構成の最適化に迫ることを目指して研究に着手しましたが、結果的に原子炉構造材料の転位ループへの偏析を分析するのに適したプラクティカルな測定手順を考案できました。
高額装置を使った顕微鏡技術は年々ブラックボックス化しています。今回のプロジェクトは装置開発や共同利用管理に加わっていない一般ユーザの立場から分析手法を見直して、装置の改造等を経ずに希望する分析手法を見出したという点に社会的な意義があります。
研究には国内外の複数の大学・研究機関からの社会人博士学生等も参画し、質の高いユーザとなるための研鑽を積むこともできました。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】17H01372 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

原子力材料・核燃料 / イオンビーム / 電子顕微鏡 / 照射欠陥 / イオン加速器

【研究成果の概要】

中性子照射をうける原子力材料の劣化挙動をモデル化するための新しい実験技術を開発した。
「中性子－イオン組合せ照射」は、数十年にわたって徐々に進行する劣化を加速的に再現する手法である。この手法で劣化させた原子炉圧力容器模擬材中では、中性子照射だけを長期間実施した試料と同様に、マンガン・ニッケル・ケイ素などのクラスタが観察された。
「その場観察法」は、電子顕微鏡の中にイオンビームを入射して、リアルタイムで照射劣化挙動を観察する。異なる条件の照射実験を段階的に行って、照射後の観察では見つけられない短寿命又は不連続な現象を複数同定した。

【研究の社会的意義】

本研究の成果は、さまざまな理工学に使われている「照射損傷」と「固体内拡散」の理論を補完する。言い換えると、結晶性材料の挙動に関する新しい教科書に利用できるデータを収集することができた。
また、本研究で開発した手法を廃止措置に移行した原子力発電所に応用すれば、そのプラントがより長い期間使われたらどうなっていたか、という情報を明らかにすることができる。つまり、海外の研究用原子炉に過度に依存せず、長期間の原子炉利用による劣化挙動の研究が可能になる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】31,330千円 (直接経費: 24,100千円、間接経費: 7,230千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】25289351 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

照射損傷 / イオン照射 / 原子力材料 / 照射欠陥 / その場観察 / はじき出し損傷 / カスケード / 原子力材料・核燃料 / イオンビーム / 電子顕微鏡

【研究成果の概要】

金属などの結晶材料に放射線が入射すると照射欠陥が形成される。照射欠陥の発達挙動は照射環境や材料の違いにとても敏感であり、その性質を知るには膨大な照射試験が必要とされてきた。本研究は、面心立方金属の材料の代表例としてステンレス鋼や金、体心立方金属の代表例として鉄基希薄合金を取り上げ、複数のイオン照射を組み合わせた照射実験と組織観察により、①制御された欠陥構造を導入したり、②通常の照射試験では可視化できない潜在的な欠陥を観察したり、③照射欠陥の発達挙動を微分的に測定したりすることに成功した。また研究を通して、全国大学共同利用設備の震災復興に貢献した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)