Elucidation of the radiation-induced amorphization mechanism of fine precipitates in nuclear materials by atomic resolution analysis

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近年の原子力材料研究では、酸化物分散強化鋼に代表されるように、材料中に微細析出物を分散させることで、種々の材料特性の改善が図られている。これ故、材料中の微細析出物の照射下相安定性については、重要な評価項目として認識されており、世界的なムーブメントが起きている。材料中の微細析出物（炭化物、酸化物、窒化物）の照射下安定性については、1980年代より、その研究骨格が構築されてきており、アンチサイト欠陥形成（トポロジカルディスオーダリング）、ケミカルディスオーダリング等、結晶の長周期構造の乱れに端をなした系のエントロピー増加が現象を制御するキーファクターとして認識されている。これらより、本申請では、原子分解能解析による原子力材料中の微細析出物の照射誘起非晶質化の機構解明を研究目的とし、そのモデル材の作製と照射組織発達を評価した。令和4年度は核融合炉構造材料のF82H鋼中に存在する炭化物を対象とし、そのモデル材としてクロム（Cr）を主成分とする炭化物のインゴットを真空誘導加熱炉を用いて作製した。ここでは、その化学組成を制御することで、照射誘起非晶質化の発現挙動に対する炭化物の化学組成影響を調査した。その結果、照射誘起非晶質化は炭化物中の固溶タングステン（W）濃度に強く依存し、その発現濃度が＞10 at.%Wであることを実験的に明らかにした。なお、当該炭化物インゴットによる格子定数のW濃度依存性の評価結果では、実機材料中でのCr系炭化物の固溶W濃度は～10 at.%と見積もられており、ここで明らかになった実験結果は、これまでに、F82H鋼に対する中性子やイオン、電子線照射で確認された炭化物の非晶質化を矛盾なく説明できることが分かった。