ジルコニウム-水素固溶体及び水素化ジルコニウムにおける面欠陥のab initio研究

UDAGAWA Yutaka; UDAGAWA Yutaka; YAMAGUCHI Masatake; ABE Hiroaki; SEKIMURA Naoto; FUKETA Toyoshi

文献

J-GLOBAL ID：201002298914151637 整理番号：10A0490245

ジルコニウム-水素固溶体及び水素化ジルコニウムにおける面欠陥のab initio研究

Ab initio study on plane defects in zirconium-hydrogen solid solution and zirconium hydride

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資料名：
巻： 58 号： 11 ページ： 3927-3938 発行年： 2010年06月
JST資料番号： A0316A ISSN： 1359-6454 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：イギリス (GBR) 言語：英語 (EN)

ジルコニウム合金の水素脆性は軽水炉原子炉における燃料被覆の機械的劣化の主要原因の1つであり,従って,研究も広範囲に実施している。この脆性の起源について種々の仮説の提案があるが,どれが最も重要な役割を果すか未だ判っていない。仮説の中には水素化物の脆性特性,析出水素化物と転位の相互作用による微小亀裂の核生成又は析出水素化物とジルコニウムマトリックス間の界面におけるボイド形成等がある。本研究の目的は水素化物の脆性特性を観察する事により水素脆性の起源を解明する事である。第一原理計算を適用してZr-H系の表面エネルギーγ_s及び不安定積層エネルギーγ_USを評価した。水素化物,純ジルコニウム及び水素固溶体間のγ_s及びγ_USの相違に基づいて水素化物の延性/脆性挙動を検討した。純Zrの場合,0.5以下のH/Zr比の固溶体に対しγ_sにおいて15~34%及びγ_USにおいて50~100%の単調減少を観察,脆性及び延性の両方における低下を示した。すなわち,hcpZrマトリックスの水素導入脆性は確認できなかった。一方,水素化物については純ジルコニウムより25%少ないγ_s及び200~300%大きいγ_USを得た。この結果は,破面の容易発生を意味する小さなγ_s及び転位運動の困難さを意味する大きなγ_USの相乗効果に起因して,ジルコニウム水素化物は純ジルコニウムと比較して著しく脆い性質を有する事を示した。さらに,δ水素化物におけるRiceの延性/脆性定数は1.4であり,極めて脆性材料であるイリジウムよりさらに簡単に脆性破壊を受ける事を示唆した。これらの結果から,ジルコニウム合金の水素脆性を本質的には水素化物の脆性に帰すのに十分なようだ。Copyright 2010 Elsevier B.V., Amsterdam. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.

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その他の金属組織学 , 格子欠陥一般

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