高温・水素雰囲気照射法の開発によるフェライト鋼の中性子照射劣化への水素効果の解明

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鉄－クロム系フェライト鋼は、現行軽水炉のみならず次世代炉や核融合炉でも期待される材料である。これら炉での実使用環境では、材料には照射欠陥に加えて水素も導入されるため、照射組織の形成やそれによる照射劣化に対する水素の影響が指摘されている。そこで、本研究では、高温・水素雰囲気での中性子照射方法を開発することにより、中性子照射と水素導入・蓄積との重畳効果を調べ、照射劣化に対する水素効果を明らかにしようとする。本研究では、まず、水素ガス雰囲気で中性子照射を行うための照射キャプセルを新たに開発する。それを用いて、プラント供用中に想定される材料中への水素蓄積量を確保しての中性子照射を行い、電子線照射および熱時効の結果とも比較しながら、照射劣化や照射組織の形成・発達に対する水素効果を明らかにする。今年度は、水素ガス雰囲気で中性子照射を行うための照射キャプセル（試料を格納する容器）の開発を行った。ベルギー王立原子力研究所（SCK CEN）の研究炉であるBR2と共同で、従来の高フラックス照射キャプセルをベースとして、バナジウム水素化物を封入することによって中性子照射中に水素雰囲気となる設計を行った。また、中性子照射用の試料作製も行った。試料の寸法には留意し、中性子照射中の水素拡散長に対して十分に短くなるようにした。さらに、電子線照射および熱時効した試料について、陽電子消滅測定および3次元アトムプローブ測定によるミクロ組織観察を行った。空孔、空孔－水素複合体、空孔クラスター、クロムリッチ相、粒界偏析および粒界欠乏などを観察し、水素捕獲サイトの情報を得た。