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(In Japanese)黒鉛材料の体積変化率測定方法および黒鉛材料の体積変化率予測方法

Patent code P180015561
File No. 3911
Posted date Nov 21, 2018
Application number P2014-533100
Patent number P6316190
Date of filing Aug 30, 2013
Date of registration Apr 6, 2018
International application number JP2013073259
International publication number WO2014034829
Date of international filing Aug 30, 2013
Date of international publication Mar 6, 2014
Priority data
  • P2012-191583 (Aug 31, 2012) JP
Inventor
  • (In Japanese)檜木 達也
  • (In Japanese)近藤 創介
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title (In Japanese)黒鉛材料の体積変化率測定方法および黒鉛材料の体積変化率予測方法
Abstract (In Japanese)本発明は、測定対象の黒鉛材料に対してイオンビーム照射を行い、イオンビーム照射前とイオンビーム照射後の黒鉛材料について、材料表面の空隙を除いた部分の面積比率を求め、イオンビーム照射後の黒鉛材料における空隙を除いた部分の面積比率について、イオンビーム照射前の黒鉛材料における空隙を除いた部分の面積比率からの変化率を算出し、面積比率の変化率を体積変化率に換算することによって、黒鉛材料の体積変化率を求める方法を提供するものである。本発明方法によれば、短時間のイオンビーム照射実験と比較的簡単な解析方法によって、中性子照射の試験データと矛盾のない精度の高い体積変化量の線量依存性のデータを取得することができる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

高温ガス炉は、黒鉛減速ヘリウム冷却型中性子炉であり、試験研究炉として高温工学試験研究炉(HTTR)が製作され、運転されている。高温ガス炉では、減速材としては、中性子の吸収が少なく、放射線に強く、熱伝導性の良い黒鉛を用いている。黒鉛は、減速材と炉心構造材の機能を兼ねており、熱容量が大きいことから、事故時の急激な温度上昇を抑える役割も担っている。

この様な高温ガス炉の炉心及び炉内構造材料である黒鉛は、中性子の照射下で、損傷量増加に伴い収縮した後に、膨張に転じるという複雑な寸法変化を生じることが知られている。この現象は、中性子が黒鉛材料に衝突することによって炭素原子のはじき出しが起こり、これが連鎖して炭素原子のはじき出しの連鎖、いわゆるカスケード損傷が生じ、ミクロには基底面間での欠陥クラスタリングに伴うc軸膨張と、空孔導入に伴うa軸収縮が生じ、c軸膨張は既存ポアやマイクロクラックにより吸収されるため損傷初期、中期ではマクロには収縮が生じ、高線量になるとポアによる膨張吸収が飽和して、体積が増加することによるもの考えられる(下記非特許文献1参照)。

この収縮と膨張の変位点はターンアラウンド点と称されており、これが黒鉛材料の使用限界であるとされている。しかしながら、ガス冷却炉での使用が想定されている異方比1.1以下の原子炉級黒鉛に対する中性子の照射データは、非特許文献1に記載されている単一の温度(600℃)以外では極めて限られており、最も単純な照射温度および照射量の関数についても、予測モデルによる補完に頼っている。中性子照射実験による照射データ取得は黒鉛材料の評価にとって非常に重要であるが、ターンアラウンド点までの高線量照射データの取得には、数年の照射時間が必要であり、これが照射データ不足の主たる要因となっている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、高温ガス炉の炉内構造材料等として用いられる黒鉛材料について、中性子照射後の体積変化率を比較的短時間で見積もることが可能な、黒鉛材料の体積変化率の測定方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
黒鉛材料の体積変化率の測定方法であって、
(1)測定対象の黒鉛材料に対してイオンビーム照射を行い、
(2)イオンビーム照射前とイオンビーム照射後の黒鉛材料について、観察視野中の材料表面の空隙を除いた部分の面積比率(空隙を除いた部分の面積/(空隙を除いた部分の面積+空隙の開口部の面積)を求め、
(3)イオンビーム照射後の黒鉛材料における空隙を除いた部分の面積比率(空隙を除いた部分の面積/(空隙を除いた部分の面積+空隙の開口部の面積)について、イオンビーム照射前の黒鉛材料における空隙を除いた部分の面積比率(空隙を除いた部分の面積/(空隙を除いた部分の面積+空隙の開口部の面積)から
式(1):
空隙を除いた部分の面積比率の変化率=[(S(irr)-S(unirr))/S(unirr)] (1)
(式(1)において、S(unirr)はイオンビーム照射前の試料表面の空隙を除いた部分の面積比率であり、S(irr)はイオンビーム照射後の試料表面の空隙を除いた部分の面積比率である。)
により、イオンビーム照射前後における空隙を除いた部分の面積比率の変化率を算出し、
(4)上記項(3)で求めた面積比率の変化率を用いることによって、
式(3):
体積変化率(%)=[(S(irr)-S(unirr))/S(unirr)]×100×3/2 (3)
(式(3)において、S(unirr)及びS(irr)は上記式(1)と同じである。)
に基づいてイオンビーム照射による黒鉛材料の体積変化率に換算する、
ことを特徴とする黒鉛材料の体積変化率の測定方法。

【請求項2】
 
請求項1の方法において、前記(2)工程における空隙を除いた部分の面積比率を求める方法が、
黒鉛材料表面の画像を撮影し、2階調化した後、2階調化された画像の黒ピクセル数NBと白ピクセル数Nwを計測し、下記式により面積比率を算出する方法である、黒鉛材料の体積変化率の測定方法:
空隙を除いた部分の面積比率(%)
=[白ピクセル数NW/(白ピクセル数NW+黒ピクセル数NB)]×100
(黒ピクセル数NBは空隙の開口部を示し、白ピクセル数NWは空隙を除いた部分を示す)。

【請求項3】
 
請求項2の方法において、請求項1の(3)及び(4)工程における面積比率の変化率を体積変化率に換算する方法が、
イオンビーム照射前の試料とイオンビーム照射後の試料について画像を撮影し、2階調化した後、2階調化した画像の同一面積部分について、イオンビーム照射前の白ピクセルの数(Nw(unirr))と、イオンビーム照射後の白ピクセルの数(Nw(irr))を計測し、下記式により体積変化率を算出する方法である、黒鉛材料の体積変化率の測定方法:
体積変化率(%)=[(NW(irr)-NW(unirr))/NW(unirr)]×100×3/2

【請求項4】
 
請求項1~3のいずれかの測定方法において得られた黒鉛材料の体積変化率をイオンビーム照射によりはじき出される原子数(単位:dpa (displacement per atom))を指標として評価することによる、中性子照射による原子のはじき出される原子数に対する黒鉛材料の体積変化率の予測方法。
IPC(International Patent Classification)
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