Development of nano-mechanical measurement and analysis method for sub-millimeter fuel debris

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究の目的は、1 mm以下の微小粒のナノインデンテーション(NI)試験において、試料調製、下地材料、粒内部の泡状構造などが測定に及ぼす影響を調べ、押込み挙動のメカニクスを明らかにすることである。特に、社会的インパクトが大きい燃料デブリへの応用を目指して知見を蓄積する。令和4年度は、過年度に一部実施した炭化ホウ素(B4C)模擬燃料デブリ粒に関するNI試験における試料調製法などのノウハウを用いて、1 mm以下の泡状構造を有するジルコニウム(Zr)粒についてNI試験を行った。また、Zr粒の泡状構造がNI試験で測定された弾性率等に及ぼす影響を調べるために、圧痕硬さと粒の実密度を測定した。1 mmのZr粒は、#600研磨紙までの各研磨過程においてNI試験された。第1段階の#240研磨面において測定された弾性率は文献値より26%低く、マルテンス(HM)硬さは、圧痕硬さより15%高く、それぞれバラつきが大きかった。第3段階の#600研磨で測定された弾性率は文献値より5.5%だけ低く、HM硬さは圧痕硬さと0.9%差でよく一致した。これらの結果から、B4Cと比べて軟らかいZrの1 mm粒では、#240の平面化研磨では表面の凸凹が大きくNI試験が困難であるが、約3段階程度の研磨によって十分測定可能な表面が生成できることが分かった。また、泡状構造のZr粒の実密度は、真密度と比べて15%以上低く、粒内にある閉空孔を材料と共に押し込んだために弾性率が低く測定されたことが確認できた。以上の研究から、圧痕観察が必要な従来の試験方法によって硬さを測定することが困難な泡状構造のZr微小粒についても、NI試験によって適正に力学的性質を測定できることが確認できた。