原子炉圧力容器鋼中の照射誘起ナノ析出物および照射欠陥の形成・発展過程の解明

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原子炉圧力容器(RPV)鋼の照射脆化の主因となるCuナノ析出物および照射欠陥(ナノボイド・転位ループなど)に関して、商用稼働中の加圧水型炉である欧州Doel炉のRPV鋼監視試験片を対象として、陽電子消滅法と3次元アトムプローブ(3D-AP)の併用によるナノ組織分析を行った。その結果、Cuナノ析出物の形成過程がCu濃度によって異なることが3D-AP観察から分かった。すなわち、監視試験片のCu濃度が高い(0.30%)場合、わずか3年間の照射期間に相当する低い照射量(0.83×10^<19>n/cm^2)からCuナノ析出物が形成された。一方、中程度(0.15%Cu)の場合、3年間の照射後は未だCuナノ析出物は形成せず、約10年間に相当する照射(3.7×10^<19>n/cm^2)後、Cuナノ析出物が初めて観察された。Cu濃度が低い(0.05%Cu)場合、20年間の照射期間に相当する最も高い照射量(6.4×10^<19>n/cm^2)でもCuナノ析出物はほとんど形成しないことが分かった。また、陽電子消滅測定から、高Cu材では、照射量が増加するとともに空孔型欠陥への陽電子捕獲割合が増加し、高照射量(20年相当)では、空孔クラスターが形成することが分かった。従って、Cuナノ析出物は比較的低い照射量から形成し、次いで空孔型欠陥(照射欠陥)が蓄積することを実験的に直接示した。一方、中Cu材では、低照射量では陽電子は主に空孔型欠陥に捕獲され消滅するが、照射量の増加とともにCuナノ析出物への陽電子捕獲が増加した。低Cu材では、照射量の増加とともにCu原子が関与しない空孔型欠陥への陽電子捕獲が増加した。以上の結果は、これまでほとんど報告例のない実際のRPV鋼中で長期間の照射中に起きるナノ組織の変化(Cuナノ析出物や照射欠陥の形成・発展過程)を明らかにしたものである。