微小領域硬度測定法による構造材料の強度評価

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核融合炉の工学的成立には、構造材料の中性子照射下における強度特性劣化ならびに形状不安定性の克服が不可欠である。強度特性劣化のうち、低〜中温度域における照射によって生じるマトリクスの硬化に伴う延性劣化・喪失は極めて深刻な問題である。本研究では、先進低放射化材料における照射誘起延性劣化のキャラクタリゼーションと機構解明を最終的な目標とし、イオンビーム照射と微小領域動的硬度測定法の組み合わせによる照射誘起強度特性劣化の評価手法を開発・実証、及びその適用により種々の核融合炉構造候補材料について強度特性に対する照射の影響を評価を実施した。イオン照射は東京大学原子力研究総合センター重照射研究設備(茨城県那珂郡東海村)において実施した。イオンビームのエネルギーを2〜6MeVの間で変化させ、深さプロファイルの異なる損傷を試験片に導入した。照射温度は300℃を標準とし、照射量は最大1dpa、損傷速度は10^<-4>dpa/sとした。イオン照射後の試料について、核融合科学研究所において微小領域動的硬度測定を行い、表面損傷層の真の硬度を解析する手法を開発・実証するとともに、種々の材料について照射による強度特性変化を評価した。核融合炉材料等の照射研究においては、中性子照射に多額の費用と長い時間を要し且つ照射試料の取扱いが放射化により制約されることが、研究推進の大きな障害となっている。重イオンビームによる模擬照射は、これらの問題を回避する実験手法として有効であるが、導入される損傷が試料表面近傍に限られるため、強度特性変化の評価には適さないとされてきた。本研究の実施により、1μm程度以下の領域における固体の強度特性の評価法がほぼ確立され、重イオンビームを用いた模擬照射によって、材料の照射による強度特性劣化の評価が部分的に可能となった。