(57)【要約】【課題】高温での特性に優れるのは言うまでもなく、高い延性をそなえ、その加工や取り扱いが極めて容易な、高温特性に優れた核融合炉用中性子増倍材を提供する。【解決手段】化学式：Ｂｅ−ｘａｔ％Ｍ但し、Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，ＮｂおよびＴａのうちから選んだいずれか一種７．７＜ｘ＜１０．５（ａｔ％）で表わされる、Ｂｅ１２ＭまたはＢｅ１３ＭとＢｅ１７Ｍ２とのベリリウム金属間化合物の複合相を形成する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式：Ｂｅ−ｘａｔ％Ｍ
但し、Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，ＮｂおよびＴａのうちから選んだいずれか一種
７．７＜ｘ＜１０．５（ａｔ％）
で表わされる、Ｂｅ１２ＭまたはＢｅ１３ＭとＢｅ１７Ｍ２とのベリリウム金属間化合物の複合相からなることを特徴とする高温特性および延性に優れた核融合炉用中性子増倍材。
【請求項２】
組織が鋳造組織で、かつ結晶粒径が５０μｍ　以下であることを特徴とする請求項１記載の高温特性および延性に優れた核融合炉用中性子増倍材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温特性および延性に優れた核融合炉用中性子増倍材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、核融合炉用中性子増倍材としては、金属ベリリウム微小球が標準材料とされてきた。というのは、この金属ベリリウム微小球は、中性子反応断面積が大きく、中性子の数を増やす中性子増倍効果に優れることから、効果的に中性子を増やすことができ、その結果増倍した中性子により燃料であるトリチウムを増殖させることができるため、核融合燃料サイクルの有利な向上が望めるからである。
【０００３】ところが、近年、核融合炉の発電効率を高め、寿命を延長するために、中性子増倍材をより高温（　６００〜９００　℃）、かつより高い中性子照射環境下（〜２００００　ａｐｐｍＨｅ）で使用する計画が進められている。
しかしながら、上記した金属ベリリウムは、従来の使用環境下では問題はないものの、より高温での使用に際しては種々の問題が取り沙汰されている。
【０００４】すなわち、金属ベリリウムは、従来考えられていた　４００℃程度までの使用温度、３０００　ａｐｐｍＨｅ　程度までの中性子照射環境では、核融合炉用中性子増倍材として問題はないけれども、使用温度が　６００℃以上になると冷却管破断等の事故発生時に高温水蒸気により酸化されて水素を生成して、水素爆発等の危険性が高まり、またスエリングが大きくなって、容器の破損等を生じるおそれがあり、かような高温発電ブランケットの中性子増倍材としては使用できない可能性がある。
【０００５】従って、現在、高温で使用できる中性子増倍材の開発が進められている。
このような高温で使用できる中性子増倍材としては、ベリリウム金属間化合物が注目を浴びている。
例えば、ベリリウム金属間化合物の一つであるＢｅ１２Ｔｉは、６００　℃の蒸気と接しても酸化せず、またブランケット構造材であるＳＵＳ３１６ＬＮとの両立性試験においても　６００℃ではほとんど反応せず、さらに　８００℃における反応層厚さは金属ベリリウムの約１／１０であり、化学的に極めて安定であることが判明している。また、中性子照射試験でのスエリング特性についての調査結果からも、Ｂｅ１２Ｔｉは金属ベリリウムに比べてスエリング量が格段に小さいことが解明されている。
このように、ベリリウム金属間化合物は、高温での中性子増倍材として優れた特性を有することが明らかになってきている。
【０００６】しかしながら、ベリリウム金属間化合物は、室温において脆いため、その加工や取り扱いが極めて難しいところに問題を残していた。
すなわち、機械加工中に欠け等の欠陥が発生し易いことから、歩留りや生産性の低下を余儀なくされ、また微小球とした後も割れが発生しないように、その取り扱いに細心の注意が必要なことから、その実使用が危ぶまれていた。
【０００７】ところで、発明者らは先に、上記の問題を解決するものとして、少なくとも一種のベリリウム金属間化合物相と金属相との複合相からなる核融合炉用中性子増倍材を開発し、特願２００２−１０５７４２号明細書において開示した。
上記の技術によれば、金属相がベリリウム金属間化合物相間にバインダーとして介在するため、ベリリウム金属間化合物相同士の固着強度が増大し、その結果、中性子増倍材全体の延性が向上して、加工性や取り扱い性の有利な改善を図ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の技術では、金属相を介在させたことに起因する特性劣化が免れ得ない。すなわち、僅かとはいえ金属相を介在させると、その分、中性子増倍効果が低下するだけでなく、スエリング特性、構造材との反応性、蒸気との反応性およびトリチウムインベントリ等の金属間化合物の特性劣化が生じる。
また、金属相として、金属ベリリウムを用いたとしても、αＢｅ相に起因して、上記したところと同様な金属間化合物の特性劣化が生じる。
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、バインダーとしての金属相の必要なしに、ベリリウム金属間化合物相のみで延性を有利に改善した、高温特性および延性に優れた核融合炉用中性子増倍材を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、単味のベリリウム金属間化合物を使用した場合に比べて、特定組成比のベリリウム金属間化合物同士を組み合わせた場合に、延性が有利に改善されることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に由来するものである。
【００１０】すなわち、本発明は、
化学式：Ｂｅ−ｘａｔ％Ｍ
但し、Ｍは、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，ＮｂおよびＴａのうちから選んだいずれか一種
７．７＜ｘ＜１０．５（ａｔ％）
で表わされる、Ｂｅ１２ＭまたはＢｅ１３ＭとＢｅ１７Ｍ２とのベリリウム金属間化合物の複合相からなることを特徴とする高温特性および延性に優れた核融合炉用中性子増倍材である。
【００１１】
本発明において、中性子増倍材の組織は、鋳造組織で、かつ結晶粒径が５０μｍ　以下であることが有利に適合する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の解明経緯について説明する。
前述したとおり、バインダーとして金属相を用いた場合には、中性子増倍効果の低下など金属間化合物の特性劣化が生じる。
そこで、発明者らは、金属相に代わるバインダーとして種々の材料の組合せ実験を行っていたところ、かようなバインダーとして別種の材料を用いなくても、特定組成のベリリウム金属間化合物同士を組み合わせることによって、延性の改善に関し、望外の成果を得ることができた。
すなわち、Ｂｅ１２ＴｉとＢｅ１７Ｔｉ２とが混在する比率でベリリウムとチタンを混合し、これを鋳造してその延性を調べたところ、Ｂｅ１２ＴｉやＢｅ１７Ｔｉ２単味の場合に比べて、延性が格段に向上することが究明されたのである。
【００１３】ここに、上記したＢｅ１２ＴｉとＢｅ１７Ｔｉ２の配合比率については特に制限されず、一方が僅かでも混在していると、その分、延性が向上することが判明したが、特に好ましくはＢｅ１２ＴｉとＢｅ１７Ｔｉ２の比が１：０．５〜２．０の場合、Ｂｅ−ｘａｔ％Ｔｉで示すとｘが８．８〜９．９ａｔ％の場合にとりわけ良好な結果が得られることが判明した。
【００１４】次に、発明者らは、Ｔｉ以外の成分についても、同様な効果が得られるのではないかと考え、種々の成分についても検討した結果、Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，ＮｂおよびＴａが、Ｔｉと同様な効果があることが判明した。
そして、これらの元素を用いる場合も、Ｔｉの場合と同様、Ｂｅ１２ＭおよびＢｅ１７Ｍ２（但し、ＭはＶ，Ｍｏ，Ｗ，　ＮｂおよびＴａのうちから選んだいずれか一種）で示されるベリリウム金属間化合物（特にＭがＺｒの場合は、Ｂｅ１３ＺｒとＢｅ１７Ｚｒ２で示されるベリリウム金属間化合物）が混在する比率とすれば良いことが究明された。
【００１５】さらに、かようなベリリウム金属間化合物の複合相の組織については、鋳造組織で、しかもその結晶粒径を５０μｍ　以下とくに好ましくは２０μｍ　以下とすることが、強度をはじめとして、延性の面で一層有利であることが判明した。
【００１６】なお、本発明に従う中性子増倍材微小球の大きさは、平均粒径で０．１〜３．０　ｍｍ程度とすることが望ましい。またその真球度は、粒径×０．５　ｍｍ以下とすることが好ましい。
さらに、中性子増倍材中のＦｅ濃度は０．４ｍａｓｓ％以下程度、また酸化物の混入量は５．０　ｍａｓｓ％以下程度とすることが有利である。
【００１７】次に、本発明に従う中性子増倍材の製造方法について説明する。本発明では、中性子増倍材の製造方法を特に限定することはないが、従来から公知の回転電極法や粉末冶金法が特に有利に適合する。
・回転電極法
回転電極法によって本発明の中性子増倍材微小球を製造するには、まず消耗電極を作製する必要がある。この消耗電極を作製するには、所望の金属間化合物の組成比率となるようにベリリウムと各種金属とを混ぜ、これらを溶解し、鋳造したのち、所定の電極形状に機械加工する。
ついで、得られた消耗電極を用い、回転電極法によって、中性子増倍材微小球を製造する。
なお、この際の製造条件は特に限定されることはないが、好適条件について述べると次のとおりである。
・雰囲気ガス圧：５００〜１２０００　Ｔｏｒｒ
・アーク電流：１００〜１０００Ａ
・消耗電極の回転速度：４〜１０００　ｍ／ｓ
【００１８】・粉末冶金法
この方法によって中性子増倍材微小球を製造するには、所望の金属間化合物の組成比率となるようにベリリウムと各種金属とを混ぜ、これらを溶解し、鋳造したのち、粉砕し、得られた粉末を球形の金型等に装填し、冷間プレス等で球形に圧粉成形したのち、真空雰囲気中で焼結して微小球とする。
【００１９】
【実施例】表１に示す組成になるベリリウム金属間化合物の複合相からなる中性子増倍材を、回転電極法または粉末冶金法によって製造した。なお、得られた中性子増倍材の粒径は０．７〜１．３　ｍｍである。
かくして得られた各中性子増倍材の中性子増倍効果、耐スエリング性、延性、構造材との反応性、蒸気との反応性、トリチウムインベントリおよび熱伝導率について調べた結果を、表２に示す。
【００２０】なお、各特性は次のようにして評価した。
・中性子増倍効果
中性子増倍効果は、構成元素の持つ中性子反応断面積、中性子吸収断面積および中性子捕獲断面積の値を考慮して、従来の金属ベリリウム微小球を用いた場合の中性子増倍効果を　１．０とし、それとの相対比で評価した。
・耐スエリング性
７００℃で、材料中に生成するＨｅ量が４０００ｐｐｍとなる中性子照射条件において、スエリング量を判断するものとし、スエリングの程度に応じ、小（スエリング量：０．５　ｖｏｌ％以下）、中（スエリング量：０．５　ｖｏｌ％超、３．０　ｖｏｌ％以下）、大（スエリング量：３．０　ｖｏｌ％超）で評価した。なお、スエリング量は体積変化率（ΔＶ／Ｖ×１００（％））で求めた。
・延性
室温において、直径が約１ｍｍφの微小球に対し、圧縮速度：０．２　ｍｍ／ｍｉｎの条件で圧縮試験を行い、かかる圧縮試験後の形態によって評価した。
【００２１】・構造材との反応性
６ＮのＨｅ雰囲気中にて、ステンレス鋼を、８００〜１０００ｈの反応性試験に供し、その際の構造材との反応の程度に応じ、小（反応層：５０μｍ　以下）、中（反応層：５０μｍ　超、２００μｍ　以下）、大（反応層：２００μｍ　超）で評価した。
・蒸気との反応性
８００℃において、水蒸気との反応試験を行い、その際の水蒸気との反応の程度に応じ、小（ほとんど酸化しない）、中（酸化する）、大（酸化により破壊する）で評価した。
・トリチウムインベントリ
スエリングの実験を行った試料について、昇温脱離法により測定したトリチウム量でトリチウムインベントリを評価した。すなわち、トリチウムインベントリの程度に応じ、小（極めて少ない）、中（幾分生じる）、大（かなり生じる）で評価した。
【００２２】
【表１】
2004093269.tif 000002
【００２３】
【表２】
2004093269.tif 000003
【００２４】表２に示したとおり、発明例はいずれも、延性および耐スエリング性に優れ、また高い中性子増倍効果を有し、さらにトリチウムインベントリが小さく、構造材との反応性および蒸気との反応性も低い。
これに対し、Ｎｏ．３１の比較例は、Ｂｅ１２Ｔｉ単味であるため、延性に乏しい。
また、Ｎｏ．３２の比較例は、ベリリウム金属間化合物相間にバインダーとして金属相が介在しているため、延性や耐スエリング性に優れ、またトリチウムインベントリが小さく、構造材との反応性および蒸気との反応性も低いけれども、中性子増倍効果に劣っている。
さらに、Ｎｏ．３３の従来例は、金属ベリリウムが１００％であるため、中性子増倍効果や延性には優れるものの、スエリングやトリチウムインベントリが大きく、また構造材との反応性および蒸気との反応性も大きい。
【００２５】
【発明の効果】かくして、本発明によれば、高温での特性に優れるのは言うまでもなく、加工性が良好で歩留りや生産性に優れ、さらには取り扱いも極めて容易な、核融合炉用中性子増倍材を安定して得ることができる。