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。

After 10 years, the maximum influence of radioactivity on the reduction of impurity Co was successfully achieved, and the mass production of high purity V, alloying elements Cr and Ti were added. The alloy composition, strength, irradiation, irradiation, special properties, current V-4 mass%Cr-4 mass%Ti alloy and equivalent properties are expected to be tested for V-10 mass%Cr-1 mass% Ti alloy. After alloying, GD-MS analysis determined the concentration of low-level radioactive impurities, Co concentration was 0.05 mass ppm, nuclear fusion furnace was reused 10 years after use, Al, Ni, Cu increased. In the study of Al, Cu and Cu, vacuum dissolution is possible to remove them. In the study of Ni, Al and Cu, V and V are difficult to remove. In the study of reasons and strategies, it is difficult to remove them. Preparation of test pieces for neutral sub-irradiation of BR-2 material test furnace In the case of neutral irradiation, the test piece, impact test piece, water transmission test piece and electron microscope test piece are loaded. Alloy elements Cr, Ti and their effect on the composition of the system are listed below: V-(4~12) mass%Cr-(0~4) mass%Ti and the composition of the sample is listed below: The effect of solution hardening and irradiation hardening on the properties of the alloy sample was evaluated. In recent years, the alloy has been very expensive, and the impact test piece with large volume has been loaded. Additional research projects other than radiation and decay tests have been initiated.

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

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

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