超高純度バナジウム合金の照射特性に関する研究

超高纯钒合金辐照特性研究

• 批准号: 10780303
• 负责人: 佐藤 学
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10780303/
• 关键词: 核融合炉材料; バナジウム合金; 照射損傷; 照射硬化; DV-Xα法; 高純度化; 低放射化

バナジウム合金は高融点であり高い熱負荷に耐えられること、低放射化材料であること冷却材としての液体Liとの共存性に優れていること等から核融合炉用構造材料としての検討が進んでいる。合金の材料特性に及ぼす材料因子として、加工・熱処理、室温時効、不純物元素濃度が指摘されている。最終的な合金においては、C、O、Nの侵入型不純物元素濃度を200ppm以下に抑えること、PやS、Cl等の濃度制御も重要なことが提案されているが、必ずしも一定した材料特性を有する合金の作製が行なわれているとは言い難い。特にはじき出し損傷が導入される環境においては合金溶解ロットに依存するような材料特性が観察される場合がある。本研究では第1年度にできるだけ高純度を目指した合金調整を行い、第2年度ではいったいどこまでの不純物濃度低減が有効であるかについて理論的な検討を試みた。具体的には高純度バナジウム合金における点欠陥の活性化エネルギーを求めるための超高圧電子顕微鏡観察及び侵入型不純物元素と点欠陥との相互作用およびこれに及ぼす添加元素の影響についての基礎的知見を得るためにDV-Xα法による電子状態の計算を行った。超高圧電子顕微鏡観察では室温から300℃までの範囲で電子線照射を試みた。表面からの酸化が顕著で十分な予備排気やベーキングまたはコーティングなどを施す必要があることが分かった。DV-Xα法計算ではSi、Al、Yを添加したV-Ti-Cr系合金における各添加元素を含み15原子からなるクラスターについて計算行い有効共有結合電荷を比較した。超高純度合金の特性評価には計算機内で構成する仮想材料を用いる種々の実験が有力な手段と成り得る。

钒合金被认为是聚变反应堆的结构材料，因为它们具有高熔点，可以承受高热负荷，是低活化材料，并且与作为冷却剂的液态锂具有良好的共存性。加工/热处理、室温时效和杂质元素浓度已被指出是影响合金材料性能的材料因素。在最终合金中，提出了将C、O、N等间隙杂质元素的浓度抑制在200ppm以下很重要，并且控制P、S、 Cl等，但没有必要保持恒定的材料性能，很难说已生产出具有这种性能的合金。特别是在引入排出损坏的环境中，可以观察到取决于合金熔体批次的材料特性。在这项研究中，第一年，我们调整了合金以达到尽可能高的纯度，第二年，我们试图从理论上检验降低杂质浓度到什么程度是有效的。具体来说，我们将通过超高电压电子显微镜测定高纯钒合金中点缺陷的活化能，以及间隙杂质元素与点缺陷之间的相互作用以及添加元素对点缺陷的影响的基础知识。为了获得这一点，我们使用 DV-Xα 方法计算了电子态。对于超高压电子显微镜，尝试在室温至300℃范围内进行电子束照射。结果发现，表面氧化很严重，需要进行充分的初步抽真空、烘烤或涂覆。在DV-Xα法计算中，对包含Si、Al、Y的V-Ti-Cr合金中的各添加元素的15个原子组成的簇进行计算，比较有效共价键电荷。使用计算机中构建的虚拟材料进行的各种实验可以成为表征超高纯度合金的有效手段。

项目成果

M.Satou: "Effects of Neutron Irradiation on Tensile Properties of V-Ti-Cr-Si Type Alloys with Pre-Existing Helium" Materials Research Society Symposium Proceedings. 540(印刷中). (1999)

M.Satou：“中子辐照对含有预先存在的氦的 V-Ti-Cr-Si 型合金的拉伸性能的影响”材料研究学会研讨会论文集 540（出版中）。