核融合炉で使用後10年以内に再利用可能な低放射化バナジウム合金の試作開発

低活化钒合金的原型开发可在聚变反应堆中使用后 10 年内重复使用

• 批准号: 20H00144
• 负责人: 長坂 琢也
• 金额: $ 28.7万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00144/
• 关键词: 核融合炉ブランケット; 高純度化; 照射効果; 析出; 腐食; 時効

これまでに、10年後の放射能に最も大きく影響する不純物Coの低減に成功した帯溶融精製高純度Vを量産し、合金元素のCrとTiを添加して合金を追加試作した。合金の組成については、これまでに強度、イオン照射、プラズマ照射で絞り込んだものの中でも特に、現行のV-4 mass%Cr-4 mass%Ti合金と同等以上の特性が期待できるV-10 mass%Cr-1 mass%Ti合金を試作した。合金化後のGD-MS分析により低放射化不純物の濃度を測定したところ、Co濃度は0.05 mass ppmであり、核融合炉で使用後10年で再利用できるレベルを保っていたが、Al、Ni、Cuで増加が見られた。このうち、Al、Cuはこれまでの研究により真空溶解で除去可能であることが分かっているため大きな問題とはならないが、NiについてはVが金属になった状態からの除去が難しく、原因と対策について検討中である。ベルギー材料試験炉BR-2での中性子照射に供する試験片を製作した。中性子照射には3本のサブキャプセルを装荷できることとなり、そこに引張試験片、衝撃試験片、水素透過試験片、電子顕微鏡試験片を装荷した。合金元素であるCr、Tiの効果を系統的に明らかにするため、これまでに絞り込んだ候補組成のみではなく、V-(4～12) mass%Cr-(0～4) mass%Tiの広範囲の組成の試料を照射キャプセルに組み込んだ。バナジウム合金は照射中に酸化すると酸化による固溶硬化が大きくなり、照射硬化の影響が評価しがたくなるため、キャプセルにはバナジウム合金試料のみを封入した。バナジウム合金専有でかつ、体積の大きな衝撃試験片を装荷したキャプセルの中性子照射は近年なく非常に貴重であり、今後大きな成果が見込まれる。中性子照射及び腐食試験以外の研究項目については、追加的な実験を実施するとともに、研究のまとめを開始した。

迄今为止，我们拥有批量生产的高纯度V，该V已成功降低了杂质CO，该杂质CO对放射性具有最大的影响，并添加了合金元素CR和TI以创建其他合金。至于合金组成，我们生产了V-10质量％CR-1质量％Ti合金，可以预期，这些合金具有与当前的V-4 Mass％CR-4质量％Ti合金相同或更好的性能，其中那些因强度，离子辐照和等离子体辐照而缩小的。当通过GD-MS分析测量低激活杂质的浓度后，CO浓度为0.05质量PPM，该质量PPM保持在核融合反应器中10年后可重复使用的水平，但是在Al，Ni和Cu中观察到增加。其中，已经发现Al和Cu可以通过真空熔化来清除，因此这不是一个主要问题，但是NI很难从将V变成金属的状态中，并研究了原因和对策。在比利时材料测试反应器BR-2中制造了测试样品以用于中子辐照。可以加载三个子胶囊以进行中子照射，并在那里加载拉伸试样，撞击样品，氢渗透样品和电子显微镜标本。为了系统地阐明合金元素Cr和Ti的效果，将各种组成的样品不仅缩小到迄今为止，而且还纳入了V-（4-12）质量％Cr-（0-4）质量％Ti Ti。当钒合金在辐照过程中氧化时，氧化引起的固体溶液硬化会增加，因此很难评估辐射硬化的效果，因此仅包含钒合金样品。胶囊的中子辐照仅由钒合金制成，并装有大量的撞击试验标本，近年来一直非常有价值，并且预计将来会有很大的成绩。除中子辐照和腐蚀测试以外，还进行了其他研究项目，并开始了研究摘要。

项目成果

Strengthening and improvement of ductility by precipitation control for low-activation vanadium alloy for fusion reactors

聚变反应堆用低活化钒合金通过析出控制强化和提高延展性

• 发表时间: 2020
• 作者: Jingjie Shen;Takuya Nagasaka;Masayuki Tokitani;Takeo Muroga;Ryuta Kasada;Kiyohiro Yabuuchi
• 通讯作者: Kiyohiro Yabuuchi

低放射化バナジウム合金中の窒素移行に及ぼすチタン濃度の影響

钛浓度对低活化钒合金中氮迁移的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 齋藤 千貴;小林真;申晶潔;山崎樂;長坂琢也;Valentyn Tsisar;室賀健夫
• 通讯作者: 室賀健夫

Effects of Ti and Cr concentrations on high temperature tensile properties of high purity V alloys

Ti、Cr浓度对高纯V合金高温拉伸性能的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: Jingjie Shen;Takuya Nagasaka;Masayuki Tokitani;Takeo Muroga;Ryuta Kasada
• 通讯作者: Ryuta Kasada

Deuterium retention and desorption of low-activation vanadium alloys developed for early material recycling

为早期材料回收而开发的低活化钒合金的氘保留和解吸

• 发表时间: 2021
• 作者: Yusuke Tanoue;Yuji Yamauchi;Takuya Nagasaka;Jingjie Shen;Kazuki Saito;Satoshi Tomioka;Yutaka Matsumoto
• 通讯作者: Yutaka Matsumoto

低放射化バナジウム合金の重水素イオン照射後の滞留・脱離挙動と表面微細構造

低活化钒合金氘离子辐照后的保留/解吸行为及表面微观结构

• 发表时间: 2020
• 作者: 田上勇輔;山内有二;長坂琢也;齋藤千貴;富岡智;松本裕
• 通讯作者: 松本裕