Synergistic effect of hydrogen on irradiation damage at metal/oxide interface

氢对金属/氧化物界面辐照损伤的协同作用

基本信息

批准号：
22H02002
负责人：
阿部弘亨
金额：
$ 10.57万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

申請者らは照射その場観察法等により金属材料の強化因子であるナノ粒子の不安定化や過飽和溶質原子の析出など、新たな照射誘起型固相反応現象を見出してきた。これは、照射環境においてプラント構造材料の強度劣化につながる可能性があり、原子炉構造材料や原子燃料被覆管材料、核融合炉構造材料の健全性評価にとって重要な現象となり得る。本研究では、鉄鋼およびZr合金中の材料強化因子に対する照射影響を組織-強度相関の視点で調査し、水素化の重畳効果を実験的に検出し、原子炉内と炉外における材料劣化を比較し、照射・水素化重畳影響を評価することとした。鉄鋼中の酸化物ナノ粒子の照射下挙動解明のため、照射下その場観察実験により酸化物微粒子は成長と収縮をランダムに繰り返し、長期的に収縮、消滅の途をたどることを確認した。このランダムなサイズ変化の過程が照射の初期に典型的な事象であることを見出し、結晶成長の古典論であるオストワルド成長理論を適用した検討を行い、nm程度のサイズや結晶性を考慮した修正が必要であることを指摘した。この現象が機械強度に対して及ぼす影響についても、ナノ硬度測定と電子後方散乱回折（EBSD）を組み合わせた独自性の高い手法を開発して明らかにすることに成功した。本件は、Journal of Nuclear Materials誌において表彰を受けた。次に、Zr合金を対象として照射-水素重畳効果の測定を行った。水素約100ppm注入材では照射軟化が生じ、注入量の増加に伴い照射硬化が顕在化することを見出した。さらに照射組織発達過程に対する水素の影響を明らかにした。この成果は原子力学会にて優秀学生発表として表彰された。また、管形状材料の機械強度に対する水素影響を明らかにした。Zr金属の酸化被膜表面における水素発生挙動に対し照射加速効果があることを確認した。

申请人发现了新的辐照引起的固相反应现象，例如纳米颗粒的不稳定，这是金属材料的增强因素，以及通过原位观察方法的超饱和溶质原子的降水，通过原位观察方法等。这可以导致核能在核能中的核能的变质，并且可以导致核能的核能，并且可以评估核能的核能，并且可以使核能的核能构成，并且是核能的核能。覆层材料和核融合反应堆结构材料。在这项研究中，从组织强度相关性的角度研究了辐射对钢和ZR合金材料增强因子的影响，从实验中检测到氢化的叠加作用，比较反应堆内部和外部的材料降解，并评估辐射和氢化叠加效果的影响。为了阐明在钢中照射下氧化物纳米颗粒的行为，我们证实，原位观察实验在照射下，氧化物细颗粒随机生长和收缩，并以长期的方式收缩。我们发现，这种随机大小变化过程是辐照开始时的典型事件，并使用Ostwald的生长理论（一种经典的晶体生长理论）进行了研究，并指出了考虑NM顺序的大小和结晶度的校正是必要的。这种现象对机械强度的影响也成功地开发出来，并揭示了一种独特的方法，该方法结合了纳米性测量和电子反向散射衍射（EBSD）。此案是在《核材料杂志》杂志上授予的。接下来，在ZR合金上测量了辐照 - 氢叠加效果。发现辐照软化发生在注入约100 ppm的氢气的材料中，并且随着注射量的增加，辐射硬化变得显而易见。此外，阐明了氢对辐照组织发育过程的影响。这项成就被授予原子能协会作为杰出的学生演讲。此外，阐明了氢对管形材料机械强度的影响。已经证实，对Zr金属氧化物涂层表面上的氢产生行为产生了辐照加速作用。