高照射された原子炉圧力容器鋼の照射脆化機構解明

阐明高辐照反应堆压力容器钢的辐照脆化机理

• 批准号: 10J09727
• 负责人: 村上 健太
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J09727/
• 关键词: 原子炉圧力容器; 照射脆化; イオン照射

軽水炉の心臓ともいえる原子炉圧力容器は、炉心や冷却材を収める鋼製の頑強な容器であるが、供用中の中性子照射の影響を受けて破壊靭性値が低下することが知られている。この劣化事象は、照射によって材料中に形成されたミクロ組織が、転位運動の障害物となることにより発現する。本研究は、高照射された加圧水型軽水炉で見られるニッケル、マンガン、シリコンを含む溶質原子集合体の形成機構を明らかにすることにより、合理的な劣化予測と、劣化管理に資することを目的とする。溶質原子濃度の異なる様々な原子炉圧力容器モデル合金に対して、溶質原子が移動しない極低温(<80K)でプロトンを照射して点欠陥を導入した。その後、その場等時焼鈍して、格子間原子型、空孔型等の拡散機構を個別に発現させ、それぞれの拡散機構に対する溶質原子の影響を明らかにした。欠陥濃度の推定には、電気抵抗法と陽電子消滅法を使用した。一般に、照射によって導入された点欠陥の数密度に比例して、極低温での電気抵抗率は増加する。本研究では、この現象が成立し、かつ溶質原子のマトリクスからの減少(つまり溶質原子集合体の形成)が生じると、電気抵抗率が未照射以下のレベルまで低下するように実験条件を整理し、電気抵抗率を欠陥濃度と溶質原子集合体の両方の検出手段として利用した。ニッケル、マンガン、シリコンを含む溶質原子集合体の形成過程については、(1)カスケード損傷過程において直接形成される、(2)転位ループへの偏析に誘起される、などのメカニズムが予想されてきた。照射量の増加に伴い、電気抵抗率の単調な増加が見られた。低温照射においてもカスケード損傷とその冷却過程は発現するが、溶質原子集合体の形成を示唆する電気抵抗率の減少は見られなかった。したがって、(1)カスケード損傷過程における集合体の直接形成という過程は、否定された。鉄-ニッケル-マンガン系では、格子間原子型の拡散過程において、鉄-ニッケル-シリコン系では、空孔型の拡散過程において、それぞれ集合体形成を示唆する電気抵抗率の変化が見られた。いずれのケースでも、1個の点欠陥のシンクまでの移動にによって、10個以上の溶質原子がマトリクスから消滅することが示された。つまり、1個の点欠陥が1個の溶質原子をシンクへ移動させるという(2)従来的な偏析機構でも、溶質原子クラスタの移動は説明できないことが明らかになった。本研究の結果は、ニッケルとマンガンの集合が、格子間原子型の拡散過程における、これらの元素の化学的親和性に基づくことを示すものである。また、ニッケルとシリコン集合が、格子間原子型の欠陥移動による微小な核形成と、空孔型の成長という二段階で起こることを示唆するものである。

反应堆压力容器可以被视为轻水反应堆的核心，是一个坚固的钢容器，可容纳芯和冷却液，但众所周知，由于服务过程中中子照射的影响，断裂韧性值会降低。当通过辐照在材料中形成的微观结构成为脱位运动的障碍时，就会发生这种降解事件。这项研究旨在通过阐明在高度辐照的压水水型轻水反应堆中发现的溶质原子组件的形成机制来为合理的恶化预测和降解管理做出贡献。通过在极低的温度（<80k）下辐射质子来引入点缺陷，其中溶质原子不会移动，对于具有不同溶质原子的各种反应堆压力容器模型。之后，通过原位退火来单独表达诸如间质原子和孔类型之类的扩散机制，并阐明了溶质原子对每种扩散机制的影响。电阻和正电子歼灭方法用于估计缺陷浓度。通常，极度低温温度下的电阻率与照射引入的点缺陷的数量密度成比例。在这项研究中，组织了实验条件，以便在建立这种现象并从溶质原子的基质（即溶质原子组件的形成）下降时，将其电阻率降低至未脱离的水平，并将电阻率降低，并将电阻率降低，并将电阻率降低，并将电阻率降低，并将电阻率用于检测浓度和溶液组装的一种手段。至于含有镍，锰和硅的溶质原子组件的形成，诸如（1）在级联损伤过程中直接形成的机制，以及（2）通过隔离到位错环中引起的。随着辐照量的增加，观察到电阻率单调增加。尽管级联损伤及其冷却过程也表现为低温辐射，但没有观察到质子原子组件形成的电阻率降低。因此，（1）拒绝了级联损害过程中组件直接形成的过程。在铁 - 尼克山脉系统中，分别在间隙型扩散过程和铁 - 尼克尔 - 硅硅系统中观察到了电阻率的变化，表明在空置扩散过程中观察到了组装的形成。在这两种情况下，都表明，一个点缺陷到水槽的传播都会导致10多个溶质原子从基质中消失。换句话说，已经揭示了即使在常规的隔离机制中，一个点缺陷将一个溶质原子移入水槽中，也无法解释溶质​​原子簇的运动。这项研究的结果表明，镍和锰的组合基于间隙类型扩散过程中这些元素的化学亲和力。这也表明，镍和硅组装分为两个阶段：由于间质缺陷迁移和孔型的生长而引起的微核。

项目成果

原子炉圧力容器鋼モデル合金の格子欠陥形成における溶質元素の影響

溶质元素对核反应堆压力容器钢模型合金晶格缺陷形成的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: 村上健太;岩井岳夫;片野吉男;岩田忠夫;関村直人;鬼塚貴志;阿部弘亨
• 通讯作者: 阿部弘亨

原子炉圧力容器鋼モデル合金の欠陥回復挙動に与える溶質原子の相乗効果

溶质原子对核反应堆压力容器钢模型合金缺陷恢复行为的协同作用

• 发表时间: 2011
• 作者: 村上健太;関村直人;岩井岳夫;他
• 通讯作者: 他

鉄中の照射欠陥の移動に対する溶質原子の影響(実験手法の開発)

溶质原子对铁中辐照缺陷运动的影响（实验方法的发展）

• 发表时间: 2011
• 作者: 村上健太、関村直人、岩井岳夫;他
• 通讯作者: 他

超微小押込み硬さ試験を用いた原子炉圧力容器(RPV)鋼の機械特性評価

利用超微压痕硬度试验评价反应堆压力容器（RPV）钢的力学性能

• 发表时间: 2011
• 作者: 村上健太;関村直人;岩井岳夫;他;小関隆太郎・村上健太・岩井岳夫・関村直人
• 通讯作者: 小関隆太郎・村上健太・岩井岳夫・関村直人