【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0052
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
ハイエントロピー材料/ High entropy material,電子顕微鏡/ Electronic microscope
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
豊田晃大,石田卓,柴山環樹,中川祐貴,古谷一幸,能登裕之,涌井隆
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
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
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-107：量子・電子制御ナノマテリアル顕微物性測定装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究の目的は、「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」等の科研費等の研究の中で、イノベーション物質の創成に向けた素材評価及び放射線(電子線、レーザー、イオン）による損傷解析を行うことである。本研究ではタングステン系ハイエントロピー合金（High Entropy Alloy, HEA）やチタン合金、次世代高速炉構造材料である316FR鋼等を対象に走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope, STEM）を用いて微細組織解析を実施した。
実験 / Experimental
タングステン系HEA、チタン合金、316FR鋼を対象に、STEMを用いた以下の微細組織解析を実施した。（１）タングステン系HEAに対し相の状態を特定することを主目的とした微細組織解析を実施した。（２）チタン合金に対し照射損傷メカニズムの調査を主目的とした微細組織解析を実施した。（３）316FR鋼に対してはSTEMの元素マッピング機能等を用いて鋼中の微量元素の存在位置や存在形態を解析し、316FR鋼中の微量元素が高温強度に及ぼす影響を調査した。微細組織の観察にはダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡（Titan3 G2 60-300）及び量子・電子制御ナノマテリアル顕微物性測定装置（JEM-ARM200F NEOARM）を使用した。
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。STEM解析等から、（１）タングステン系HEAでは4相以上の相が存在していることを明らかにし、これらが材料強度に非常に大きな影響を与えていることを推定した。また、（２）チタン合金の照射に対するレスポンス挙動（転位ループ形成とナノレベルの析出物の前駆体の変化）を詳細に調査することができた。（３）316FR鋼中の微量元素に関する調査では、調査対象とした微量元素が粒界析出物中に含まれる場合があること、粒内にナノレベルで凝集又は析出している可能性があることを明らかにし、これらが316FR鋼の高温強度に寄与していることを推定した。
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）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)
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Eiichi Wakai, Microstructures and hardness of BCC phase iron-based high entropy alloy Fe-Mn-Cr-V-Al-C, Materials Characterization, 211, 113881(2024).
DOI: 10.1016/j.matchar.2024.113881
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Taku Ishida, Contrasting irradiation behavior of dual phases in Ti-6Al-4V alloy at low-temperature due to ω-phase precursors in β-phase matrix, Journal of Alloys and Compounds, 995, 174701(2024).
DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.174701
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 能登裕之、若井栄一、柴山環樹、多相結晶構造を持つ超高硬度タングステン系ハイエントロピー合金の開発と将来構想、プラズマ・核融合学会年会、2024年11月19日(東京).
- E. Wakai, Irradiation damage study of materials and the related development for nuclear and accelerator application, ICYS&RCSM Special Seminar in National Institute for Materials Science (Tsukuba-city, Ibaraki, Japan), January 2025.
- Hiroyuki Noto, Eiichi Wakai, Development of ultra-strong hardness W based High Entropy alloys with multi-phase crystal structures. Research & Development in Materials Science, 21(1)(2024), 001004. pp.2493-2496.
- 石田卓, 叶野翔, 叶野翔, 若井栄一, 牧村俊助, 古谷一幸, 江村聡, 阿部弘亨, 柴山環樹, DENSHAM Chris、Ti-15-3合金を用いた耐照射性大強度陽子加速器ビーム窓の開発(I) 、材料とプロセス(CD-ROM) 37(2) 2024年.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件