【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22HK0050
利用課題名 / Title
放射線場でのマルチ型同時計測法の開発とイノベ―ション物質の創製に向けて
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
ハイエントロピー合金、磁区構造、元素分布、結晶構造像、照射損傷、構造材料、イノベーション,電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,電子回折/Electron diffraction,スピン制御/ Spin control,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,ハイエントロピー材料/ High entropy material
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
若井 栄一
所属名 / Affiliation
日本原子力研究開発機構 Ｊ－ＰＡＲＣセンター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
若井栄一,豊田晃大,石田卓
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大多亮,谷岡隆志,大久保賢二
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-101：ダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡
HK-103：マルチビーム超高圧電子顕微鏡
HK-105：集束イオンビーム加工装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
科研費研究において、放射線場でのマルチ型同時計測法の開発とイノベ―ション物質の創製に向けた研究開発のために、ARIMを利用して、これらの中で実施した新計測法の開発、及び物質の諸特性やその変化、放射線の影響等を解析する。
実験 / Experimental
主に次の2点についての実験を実施した。１．電子顕微鏡(Titan3 G2)や集束イオンビーム加工装置を利用して、以下の複数の材料の解析を実施した。（１）鉄系ハイエントロピー合金(HEA)や次世代炉構造材料の結晶構造配列とその領域の元素分布状態等や磁区構造の解析、及び同物質に対して2重イオン照射（セルフイオン＋ヘリウムイオン）で照射した材料の照射損傷の解析。（２）レーザー照射した物質の微細組織や構造変化の解析及び電気抵抗測定等の相関評価。（３）チタン合金においては、室温で10dpaまでのイオン照射した場合の照射損傷の解析。２．マルチビーム超高圧電子顕微鏡（ＡＲＭ－1300）を利用して、次世代炉の構造材料の高温での電子線照射による損傷組織と析出物の変化の解析を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
得られた主な結果と考察を以下に示す。１（１）本ARIMの装置の特性を活かして、鉄系ハイエントロピー合金(HEA)や次世代炉構造材料の諸特性がかなり明らかにされた。また、照射したHEAでは、この物質に特徴的な歪みの状態がかなりミクロなレベルで変化することが分かった。（２）レーザー照射した物質の微細組織や構造変化の解析により、レーザーによる転位の導入や微細組織の変化が観察され、電機抵抗測定法との相関評価ができた。（３）イオン照射したチタン合金の照射硬化挙動（耐照射性含む）をナノインデンター等で調べた結果を考察するために、本ARIMによる詳細な微細構造や相の安定性等を解析して、その原因が徐々に明らかになってきた。２．マルチビーム超高圧電子顕微鏡（ＡＲＭ－1300）の電子線照射とその場観察の結果から、次世代炉の候補の構造材料に関する高温での照射損傷挙動を調べることができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、科研費研究（21H04668, 21H04480）の助成を受けました。また、ＡＲＩＭを利用した実験の遂行において、北海道大学の関係者の皆様に感謝致します。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 若井栄一、叶野翔、石田卓、牧村俊助、柴山環樹、涌井隆, ”Ti合金のイオン照射した硬化挙動と微細組織の解析”, 第171回日本金属学会（福岡市）, 令和4年9月23日
- Eiichi Wakai, Hiroyuki Noto, Tamaki Shibayama, Yosuke Iwamoto, Koichi Sato, Takashi Wakui, Kazuyuki Furuya, Masami Ando, Yukihiro Yano, Maya Yoshikawa, Kodai Toyoda, Takashi Onizawa, ’Fabrication and Characterization of iron-based and tungsten based high-entropy alloy’, The Nuclear Materials Conference, 2022 (Ghent Belgium), Oct. 26, 2022.
- 若井栄一、能登裕之、石田卓、牧村俊助、柴山環樹、中川祐貴、佐藤紘一、叶野翔、岩元洋介、涌井隆、豊田晃大、鬼澤高志、”高放射線環境下等で使用するイノベーション物質の創製に向けて --ハイエントロピー合金、高密度ナノクラスター、TiC添加法など-”, 材料照射研究会2022（仙台市）、令和4年12月9日
- 若井栄一、叶野翔、石田卓、牧村俊助、 柴山環樹、涌井隆, ”鉄系、 チタン系 、タン グステタン グステ系ハイエントロピ ー合金 の作製 と特性評価”、第172回日本金属学会（東京）、令和5年3月7日
- Eiichi Wakai, Hiroyuki Noto, Taku Ishida, Sho Kano, Shunsuke Makimura, Takaki Shibayama, 'Titanium-Based High Entropy Alloys and Industrial Titanium Alloy', 15th International workshop on Spallation Materials Technology (Santa Fe, US), March 6-9, 2023.
- Eiichi Wakai, Hiroyuki Noto, Kazuyuki Furuya, Masami Ando, Takashi Wakui, Shunsuke Makimura, Taku Ishida, Tamaki Shibayama, Takaharu Kamada, 'Iron-Based High Entropy Alloys', 15th International workshop on Spallation Materials Technology (Santa Fe, US), March 6-9, 2023.
- Eiichi Wakai, Hiroyuki Not, Tamaki Shibayama, Sho Kano, Kazuyuki Furuya, Masami Ando, Takaharu Kamada, Taku Ishida, Shunsuke Makimura, 'Irradiation Damage Behaviors in Innovative Materials of Iron-based High Entropy Alloy and MA-HIPed W-TiC', Journal of Nuclear Materials, submitted on Feb. 28, 2023.
- Eiichi Wakai, Hiroyuki Not, Tamaki Shibayama, Kazuyuki Furuya, Takashi Wakui, Masami Ando, Takaharu Kamada, Shunsuke Makimura, Taku Ishida, 'Recent improvement and evaluation of radiation resistance and magnetic properties of high entropy alloys and their applications', Science Talks, submitted on Jan. 31, 2023.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件