量子エネルギー材料科学国際研究センター

四竃 樹男

【構成員】

センター長・教授（兼）：四竃 樹男／准教授：小無 健司、栗下 裕明／助教：畠山 賢彦、外山 健／

技術職員：山崎 正徳、渡部 信、鈴木 克弥／事務係長：本柳 知吉／事務職員：伊藤 周／

再雇用職員：鈴木 吉光／技術補佐員［1 名]／研究支援推進員［1 名]／研究支援者 [2 名]／事務補佐員［6 名］

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教授(アルファ放射体実験室・室長)：阿部 弘亨／技術職員：白崎 謙次、千葉 友幸／再雇用職員：高橋 三幸／

研究支援推進員[1 名]

【研究成果】

大学関連では国内唯一の大型試験研究炉利用施設、高レベル放射性同位元素(照射済み燃料、材料を 含む)取り扱い施設として、先進原子力材料開発を視野に入れつつ、1.材料研究のための原子炉利用高 度化、2.ナノ構造解析による照射効果基礎研究、3.アクチノイド元素関連の材料研究、を主要課題と して研究に取り組んできている。

原子炉利用高度化では、大型試験研究炉の国際ネットワーク化を視野に、欧州拠点との連携強化に 向け、ベルギー国原子力研究所(SCK/CEN)との研究協力計画(MICADO 計画)を進めており、すでに BR2 の特徴を活かした MICADO-I と MICADO-Ⅱ計画での軽水炉環境下および比較的低温での照射試験が終了 し、現在、MICADO-Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ計画が進行中である。国内原子炉については、平成２３年度に日本原子 力研究開発機構（JAEA）の材料試験炉（JMTR）が再起動される予定であり、再開される照射試験の準 備を進めている。また、高速実験炉「常陽」の炉内補修へ協力し再起動への準備を進めている。

ナノ構造解析においては、核融合炉において重要な役割を担う、高融点金属（タングステン等）に ついて材料開発を進めつつ、照射後構造解析を実施した。高融点金属については、核融合炉ダイバー タとして最も有望なタングステンを高熱負荷・プラズマ照射環境下で使用する場合の課題の克服に取 り組み、再結晶状態で室温延性を示し、水素プラズマ照射による耐表面損耗性に優れたW-1.1%TiCを 開発した（Ref. 1)。また、その開発したタングステンは耐熱衝撃特性や耐熱疲労特性にも極めて優れて いることを明らかにした。現在、この高靭性タングステン材料について、国内外の15の研究機関と共 同研究を進めている。また、軽水炉材料においては、原子炉圧力容器鋼中の微小炭化物を３次元アト ムプローブで観察し、不純物元素であるリン等の炭化物界面偏析が中性子照射によって促進されるこ とを明らかにした（Ref. 2）。

金属水素化物中の水素は、原子炉の中で効率の良い中性子減速材として働くことより新たな可能性 をもった機能性材料として注目されている。文部科学省「原子力システム研究開発事業」の採択課題 として原子炉炉心で利用するための水素化物中性子吸収材の開発を平成 18 年度より開始し平成 20 年 度に終了した。その結果、実用化につながる可能性が高い研究として評価され、「水素化物中性子吸収 材を用いた革新的高速炉炉心の実用化研究開発」が文部科学省の原子力システム研究開発事業の革新

技術創出発展型研究課題に採択され平成 21 年から更に３カ年実用化に向けた研究を実施している（研 究代表者 小無）。平成 22 年度はロシア連邦国立科学センター原子炉科学研究所（RIAR）の高速研究 炉 BOR-60 を用いてハフニウム水素化物ピンの照射試験等を実施した。平成 23 年度はこの照射後試験 を実施し水素化物制御棒ピンの世界で初めての照射後試験を実施する予定である。（Ref. 3）

ア ク チ ノ イ ド 元 素 関 連 研 究 で は 、 研 究 基 盤 整 備 の 一 環 と し て 全 国 研 究 ネ ッ ト ワ ー ク 整 備

（J-ACTINET）を進めている。本ネットワークにより外部の研究組織、設備をより有機的に結びつけた 研究展開が今後図れるものと期待している。平成 22 年 8 月 31 日～9 月 3 日には、京都大学原子炉実験 所、大阪大学大学院工学研究科、SPring 8 (日本原子力研究開発機構)で学生、若手研究者を対象に「サ マースクール 2010」を開催した。

平成22年度大洗原子力材料夏の学校を８月の１週間にわたり金研大洗センターで開催した。第８回 目に当たる今回は、全国の10大学から理工系大学院学生２７名が参加した。また、平成 22年度から 茨城と福島の高等専門学校学生に対し、8月下旬の１週間にわたり、インターンシップ（主に原子力材 料に関する講義・見学・実習）を実施した。

Ref. 1 H. Kurishita, S. Matsuo, H. Arakawa, T. Sakamoto, S. Kobayashi, K. Nakai, T. Takida, M.

Kato, M. Kawai, N. Yoshida Development of Re-crystallized W-1.1%TiC with Enhanced Room-temperature Ductility and Radiation Performance, J. Nucl. Mater. 398 (2010) 87-92.

Ref. 2 T. Toyama, N. Tsuchiya, Y. Nagai, A. Almazouzi, M. Hatakeyama, M. Hasegawa, T.

Ohkubo, E. van Walle, R. Gerard, Irradiation-induced changes of the atomic distributions around the interfaces of carbides in an nuclear reactor pressure vessel steel, J. Nucl.

Mater., 405 (2010) 177-180.

Ref. 3 K. Konashi, et al., ‘Study on an innovative Fast Reactor utilizing Hydride Neutron Absorber- Final Report of Phase I Study’, Proc. of ICAPP '10, June, May 13-17, 2010, San Diego, California, USA.

【研究計画】

原子炉利用においては、原子炉国際ネットワークの構築とその中での特徴的な役割分担が重要とな る。この視点から、国際原子力機関(IAEA)などの国際機関との連携、各地域における拠点との連携強 化は重要であり、これまでに引き続き、欧州の拠点であるベルギー国原子力研究所(SCK/CEN)との研 究協力を推進する。この中で、原子炉高度利用、照射後試験の高度化を目指す。

ナノ構造解析においては、原子レベルの位置分解能を持つ３次元アトムプローブ、陽電子消滅法、

透過電子顕微鏡観察技術を用いて核融合炉、高速増殖炉、原子炉圧力容器（RPV）鋼、の照射脆化機 構を調べる。特に、照射下の点欠陥や、溶質原子の拡散の研究、及び結晶粒界、析出物、転位、微小

炭化物などのナノ組織観察・解析を行う。また、「再結晶状態で靭性に優れるタングステン材料」の スケールアップ技術を開発すると共に、国内外の多くの共同研究を通して、国際熱核融合実験炉

（ITER）のダイバータ材料等に要求される種々の特性を総合的に評価する。

水素化物中性子吸収材の開発研究は、文部科学省の「原子力システム研究開発事業」の「水素化物 中性子吸収材を用いた革新的高速炉炉心の実用化研究開発」に課題採択され平成２１年度から実用化 を目指した研究が始められている。この研究では、ハフニウム水素化物ペレットのスエリング等の照 射挙動を調べることを目的とした、ロシア連邦国立科学センター 原子炉科学研究所の高速炉 BOR-60 で照射試験を実施した。

アクチノイド元素関連の材料研究としては、高速増殖炉の燃料（アクチノイド酸化物燃料）の計算 科学的研究の妥当性を評価するために必要な、計算結果と直接比較できる実験データの取得を目指す。

この一環として、J-ACTINET の枠組みで、アクチノイド棟に文部科学省「原子力基礎基盤戦略研究イ ニシアテイブ」の資金のもとに、雰囲気調整が可能な核燃料物性測定用高温 NMR を整備した。