(57)【要約】【課題】  規則構造合金等に代表される新材料について照射環境への適用を進めるにあたり、短期間でしかも低コストで材料の照射下における使用条件を判定できるようにする。【解決手段】  合金の規則構造に応じて、照射下状態に及ぼす照射効果に関する評価式をもとに、長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値、低下後にほぼ平衡に達する第２閾値、及び平衡長範囲規則度をパラメータとして、照射速度及び温度に関する照射下状態変数Ｒに対する長範囲規則度の関係を表す照射下状態ダイアグラムを作成する。他方、判定すべき合金についての使用予定照射条件でのＲ値を算出し、それに対応した長範囲規則度Ｓを求めると共に、同じＲでの第１閾値及び第２閾値、平衡長範囲規則度を求めて比較することにより、損傷の程度とその変動状況を予測し供用条件を判定する。【選択図】  図１
2005172428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金等の規則構造に応じて、該合金等の照射下状態に及ぼす照射効果に関する評価式をもとに、長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値、低下後にほぼ平衡に達する第２閾値、及び平衡長範囲規則度をパラメータとして、照射速度及び温度に関する照射下状態変数Ｒに対する長範囲規則度の関係を表す照射下状態ダイアグラムを作成し、他方、判定すべき合金等についての使用予定照射条件での照射下状態変数Ｒを算出し、それに対応した長範囲規則度Ｓ値を求めると共に、同じＲ値での第１閾値Ｓth1 及び第２閾値Ｓth2 、平衡長範囲規則度Ｓeqを求めて比較することにより、損傷の程度とその変動状況を予測し供用条件を判定することを特徴とする規則構造合金等の照射環境下での供用条件判定方法。
【請求項２】
合金等の規則構造に応じて、該合金等の照射下状態に及ぼす照射効果に関する評価式をもとに、長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値、低下後にほぼ平衡に達する第２閾値、及び平衡長範囲規則度をパラメータとして、照射温度の逆数に対する照射速度の関係を表す照射下状態ダイアグラムを作成し、他方、判定すべき合金等についての使用予定照射条件での照射温度の逆数を算出し、それに対応した長範囲規則度Ｓ値を求めると共に、同じ照射温度の逆数での第１閾値Ｓth1 及び第２閾値Ｓth2 、平衡長範囲規則度Ｓeqを求めて比較することにより、損傷の程度とその変動状況を予測し供用条件判を判定することを特徴とする規則構造合金等の照射環境下での供用条件判定方法。
【請求項３】
同じＲ値もしくは照射温度の逆数におけるＳ値と、Ｓth1 値、Ｓth2 値、Ｓeq値（ここで、０≦Ｓeq＜Ｓth2 ＜Ｓth1 ＜１）を比較し、それらの大小関係から、
（１）Ｓth1 ＜Ｓの場合：規則化状態にあり、損傷レベルは小さい（長範囲規則度大）。
（２）Ｓth2 ＜Ｓ＜Ｓth1 の場合：規則化状態から不規則化状態に至る遷移過程であり、損傷レベルは大きく変動し、急速に増大する傾向にある（長範囲規則度は大幅低下）。
（３）Ｓeq＜Ｓ＜Ｓth2 の場合：不規則化状態にほぼ到達する過程であり、損傷レベルは大きいが、その変動は小さい（長範囲規則度の低下幅は小さく、長範囲規則度小）。
（４）Ｓ＜Ｓeqの場合：不規則化状態にあり、損傷レベルは大きい（長範囲規則度小）。
と判定する請求項１又は２記載の規則構造合金等の照射環境下での供用条件判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、規則構造を有する合金等（以下、「合金等」とは合金または金属間化合物をいう）の照射環境下における供用条件を判定する方法に関するものである。この技術は、例えば原子炉や加速器などの原子力技術分野あるいは宇宙技術分野に代表されるような、使用材料が高エネルギーを有する放射線に曝される環境において、規則構造合金等から構成される要素機器または構造物を利用する際の供用条件を導出するのに有用である。
【背景技術】
【０００２】
高エネルギー粒子線が照射され、過酷な照射損傷の発生が予想される放射線環境において新材料を使用する際には、予めその環境における材料の使用可能性及び長期間健全性を評価する必要がある。そこで従来技術では、まず、その環境を模擬した照射試験計画を立案し、多数の照射条件をパラメータにした照射実験を実施するとともに、得られた系統的照射後試験データを解析することにより、照射下で使用可能となる条件を得ている。
【０００３】
ところが、使用中における高い安全性と信頼性を担保できるような高精度の評価解析を行うには、膨大な試験及び十分な解析のための長大な期間と多額の費用が必要である。例えば、軽水炉、高温ガス炉研究における核分裂炉用材料開発、あるいは核融合炉用材料開発などでは、照射実績のない新たな材料を照射環境において利用する場合、ジルカロイ、ハステロイＸＲ、オーステナイト系ステンレス鋼、微粒等方性黒鉛等に代表される新素材の開発には、１０年単位の長期に亘る開発期間と膨大な開発費が不可欠であった。
【０００４】
そこで、非特許文献１−４等の論文で報告されているように、材料に関する照射データべースを構築することにより、複数の研究機関が連携して膨大な照射データを収納し、解析に資する方法が行われてきた。しかし、現状では、照射データを系統的に解析できる段階には達しておらず、また、使用条件を簡便に算出できる解析解、計算コード及びデータベースは存在しない。
【０００５】
材料の照射損傷の描像は極めて複雑であり、高エネルギー粒子の衝突に始まり、瞬時の加熱・冷却過程、原子のはじき出し、欠陥の生成、成長と拡散、欠陥の集合・合体、亀裂の生成・進展等、種々の反応過程から構成される。これらの反応の一部分は、拡散方程式のように数式化されているものもあるが、分子動力学、モンテカルロ法、転位動力学法などの統計的処理に基づき、計算機による高速かつ大容量の処理が必要となる反応が殆どである。このため、計算機の計算性能に限界がある現状では、たとえ次世代型スーパーコンピュータを用いても照射損傷の描像全貌を解析し、照射損傷を系統的に理解することは困難である。さらに照射損傷の描像を材料特性の評価に反映可能とする評価式がないため、照射下で使用可能な条件（供用条件）を即座に導出することはできなかった。
【非特許文献１】「核融合炉のための材料データベース」東大岩田ら（1982年のJ. Nucl. Mater., 第103巻 173-177頁）
【非特許文献２】「先進原子力材料用Data-Free-Way 分散型データベースの現状」原研中島ら（1994年のJ. Nucl. Mater., 第212/215巻1711-1714頁）
【非特許文献３】「中性子照射された３１６ステンレス鋼の機械的特性の解析に関する分散型データベース（Data-Free-Way）の応用」金材研藤田ら（2000年のFusion Eng. Des., 第51/52巻769-774頁）
【非特許文献４】「原研原子力材料データベース（JMPD）の現状と照射誘起応力腐食割れ（IASCC）データの解析」原研加治ら（2000年のJ. Nucl. Sci. Tech., 第37巻949-958頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、規則構造合金等に代表される新材料について照射環境への適用を進めるにあたり、短期間でしかも低コストで材料の照射下における使用条件を判定できる方法がない点であり、そのため、照射実績のない材料の迅速な導入は困難とされていた点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、照射挙動が照射欠陥の生成と回復に起因すると仮定し、照射下状態を表現する指標をもとに、指標に及ぼす照射環境の影響を勘案した評価式を導出し、照射効果による指標の変化とその際の照射環境の条件を簡便かつ迅速に予測する方法である。
【０００８】
即ち本発明は、合金等の規則構造に応じて、該合金等の照射下状態に及ぼす照射効果に関する評価式をもとに、長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値、低下後にほぼ平衡に達する第２閾値、及び平衡長範囲規則度をパラメータとして、照射速度及び温度に関する照射下状態変数Ｒに対する長範囲規則度の関係を表す照射下状態ダイアグラムを作成し、他方、判定すべき合金等についての使用予定照射条件での照射下状態変数Ｒを算出し、それに対応した長範囲規則度Ｓを求めると共に、同じＲ値での第１閾値Ｓth1 及び第２閾値Ｓth2 、平衡長範囲規則度Ｓeqを求めて比較することにより、損傷の程度とその変動状況を予測し供用条件を判定する規則構造合金等の照射環境下での供用条件判定方法である。
【０００９】
また本発明は、合金等の規則構造に応じて、該合金等の照射下状態に及ぼす照射効果に関する評価式をもとに、長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値、低下後にほぼ平衡に達する第２閾値、及び平衡長範囲規則度をパラメータとして、照射温度の逆数に対する照射速度の関係を表す照射下状態ダイアグラムを作成し、他方、判定すべき合金等についての使用予定照射条件での照射温度の逆数を算出し、それに対応した長範囲規則度Ｓ値を求めると共に、同じ照射温度の逆数での第１閾値Ｓth1 及び第２閾値Ｓth2 、平衡長範囲規則度Ｓeqを求めて比較することにより、損傷の程度とその変動状況を予測し供用条件を判定する規則構造合金等の照射環境下での供用条件判定方法である。
【００１０】
これらの判定方法において、同じＲ値もしくは照射温度の逆数におけるＳ値と、Ｓth1 値、Ｓth2 値、Ｓeq値（ここで、０≦Ｓeq＜Ｓth2 ＜Ｓth1 ＜１）を比較し、それらの大小関係から、
（１）Ｓth1 ＜Ｓの場合：規則化状態にあり、損傷レベルは小さい（長範囲規則度大）。
（２）Ｓth2 ＜Ｓ＜Ｓth1 の場合：規則化状態から不規則化状態に至る遷移過程であり、損傷レベルは大きく変動し、急速に増大する傾向にある（長範囲規則度は大幅低下）。
（３）Ｓeq＜Ｓ＜Ｓth2 の場合：不規則化状態にほぼ到達する過程であり、損傷レベルは大きいが、その変動は小さい（長範囲規則度の低下幅は小さく、長範囲規則度小）。
（４）Ｓ＜Ｓeqの場合：不規則化状態にあり、損傷レベルは大きい（長範囲規則度小）。
と判定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来必要であった多数の照射実験を大幅に簡略化し、また新たな照射データベースの構築を必要とせず、照射温度、照射速度、照射量等の規則構造合金等の照射下供用条件を簡便かつ迅速に導出することができる。そのため、従来、長期間に亘る実施が不可欠とされた膨大な照射試験、照射後試験及び解析評価を大幅に短縮でき、照射前試験費、照射試験費、照射後試験費、解析費などを大幅に削減できる。これによって、規則構造合金等の耐照射環境用新材料開発の迅速かつ効率的な推進を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では、照射下における規則−不規則変態に基づく評価式を用いる。照射によって生成した原子変位は、規則構造合金等の局所的構造変化を誘起し、規則構造合金等は、照射下で不規則化される。一方、照射温度とともに照射欠陥の移動は促進され、規則構造合金等の規則化が助長される。規則構造合金等の照射下状態は、このような不規則化と規則化の同時進行過程であり、両者が均衡する条件において、照射環境条件を構成する照射温度、照射速度（照射フルエンス率）及び照射量（照射フルエンス）の変動に大きく影響される。
【００１３】
そこで、照射効果を反映した照射下状態を表わす指標として、規則構造合金等の長範囲規則度に着目して、照射が長範囲規則度に及ぼす影響を解析し、長範囲規則度に及ぼす照射効果を考慮した評価式を導出している。ここで「規則度」とは、規則−不規則変態において、秩序を有する原子的な量の種類とその秩序の度合いを表わす物理量であり、相変態を特徴づけるパラメータである。この評価式から、照射効果の閾値に対応する照射速度と温度の関係を求め、照射下状態解析用のダイアグラムを作成する。このダイアグラムを各規則構造合金毎に作成することにより、照射下で使用可能となる照射速度と温度の条件が容易に明らかになる。
【００１４】
典型的には、合金の規則構造に応じて、該合金の照射下状態に及ぼす照射効果に関する評価式をもとに、長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値、低下後にほぼ平衡に達する第２閾値、及び平衡長範囲規則度をパラメータとして、照射速度及び温度に関する照射下状態変数Ｒに対する長範囲規則度の関係を表す照射下状態ダイアグラムを作成する。他方、判定すべき合金についての使用予定照射条件での照射下状態変数Ｒを算出し、それに対応した長範囲規則度Ｓ値を求めると共に、同じＲ値での第１閾値Ｓth1 及び第２閾値Ｓth2 、平衡長範囲規則度Ｓeqを求めて比較する。
【００１５】
同じＲ値におけるＳ値と、Ｓth1 値、Ｓth2 値、Ｓeq値（ここで、０≦Ｓeq＜Ｓth2 ＜Ｓth1 ＜１）を比較し、それらの大小関係から、
（１）Ｓth1 ＜Ｓの場合：規則化状態にあり、損傷レベルは小さい（長範囲規則度大）。
（２）Ｓth2 ＜Ｓ＜Ｓth1 の場合：規則化状態から不規則化状態に至る遷移過程であり、損傷レベルは大きく変動し、急速に増大する傾向にある（長範囲規則度は大幅低下）。
（３）Ｓeq＜Ｓ＜Ｓth2 の場合：不規則化状態にほぼ到達する過程であり、損傷レベルは大きいが、その変動は小さい（長範囲規則度の低下幅は小さく、長範囲規則度小）。
（４）Ｓ＜Ｓeqの場合：不規則化状態にあり、損傷レベルは大きい（長範囲規則度小）。
このように、損傷の程度とその変動状況を予測し供用条件を判定する。
【実施例】
【００１６】
照射下状態は，照射環境を構成する照射温度，損傷及び損傷率に大きく依存する。日本原子力研究所の材料試験炉（ＪＭＴＲ）における照射条件での損傷率は、１０-7〜１０-8dpa/ｓであり、核燃料サイクル開発機構の高速実験炉（常陽）における照射条件での損傷率は、１０-6〜１０-8dpa/ｓである。これらの試験炉で照射された規則構造合金の損傷回復温度は，照射環境条件と本発明による照射下状態ダイアグラム中の閾値を比較することにより導出され、それをもとに照射下状態を判別できる。
【００１７】
照射効果に関する評価式の導出は、次のようにして行う。ここでは代表的規則構造合金であるＢ２型規則構造合金（ＣｓＣｌ型規則構造合金、二元合金を構成するＡ原子数とＢ原子数の構成比率が１対１）の場合を例示するが、他の規則構造合金等の場合においても同様の取扱いで対応可能である。また、長範囲規則度（Bragg-Williamsの長範囲規則度）の代わりにWarren-Cowley による短範囲規則度等を用いても同様である。照射下におけるＢ２型規則構造合金の長範囲規則度（Bragg-Williamsの長範囲規則度）Ｓは、
Ｓ＝（構成される副格子が構成原子に正しく占有される確率）−（構成される副格子が構成原子に正しく占有されない確率）
で定義される。すなわち、
【数１】
2005172428.tif 000003
ここで、α及びβは規則構造合金中のα副格子及びβ副格子、添字Ａ及びＢはＡ原子及びＢ原子を示す。この長範囲規則度の時間変化率は、
【数２】
2005172428.tif 000004
で示される。上式の右辺の前項は不規則化率、後項は規則化率を表す。
【００１８】
本明細書において、式中の記号は以下の通りである。
ε：不規則化効率
φ：損傷率
Ｋ：温度の関数
【数３】
2005172428.tif 000005
ＣV ：空孔濃度（損傷速度の１／２乗に比例と仮定）
ν：頻度係数
ＣA ，ＣB ：Ａ原子及びＢ原子濃度
Ｅ：空孔が規則化ジャンプするための活性化エネルギー
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：温度
【００１９】
照射環境下における規則化過程と不規則化過程の釣合条件から、
【数４】
2005172428.tif 000006
ここで、２根α，βは、
【数５】
2005172428.tif 000007
（複号同順、β＜α，０＜β＜１，１＜α）
で示され、０≦Ｓ＜１を満たすＳ＝βのみが解となる。
但し、Ｒ＝ｋ／εφ＝Ｓeq／（１−Ｓeq）2   （０≦Ｒ＜∞）
ここで、Ｓeqは平衡長範囲規則度を示す。
【００２０】
従って、Ｒをパラメータとする以下の解析解が得られる。
【数６】
2005172428.tif 000008
長範囲規則度Ｓは、照射により照射前の値（Ｓ＝１）から照射時間とともに徐々に低下し、ある照射時間において平衡値に至る。式中の前項βはこのときの収束値に相当する平衡長範囲規則度Ｓeqである。後項は時間依存項であり、照射時間とともに平衡長範囲規則度に漸近する長範囲規則度の時間変動経緯を示す。
【００２１】
長範囲規則度Ｓが照射下で大きく低下し始める第１閾値Ｓth1 及び、低下した後にほぼ平衡に到達する第２閾値Ｓth2 とパラメータＲの関係は、Ｒに関する二次微分及び一次微分の結果から次式のようになる。
【数７】
2005172428.tif 000009
【数８】
2005172428.tif 000010
更に、平衡長範囲規則度Ｓeqは、次式で求められる。
【数９】
2005172428.tif 000011
ここで、０≦Ｓeq＜Ｓth2 ＜Ｓth1 ＜１である。
【００２２】
他方、各長範囲規則度に対応するWarren-Cowley の短範囲規則度σは、以下により求める。二元合金中のＡ原子が、その最隣接原子との間で形成されるＡ−Ａ原子対数は、
ＮAA＝（１／２）Ｎ・Ｚ・ＣA ・ＰAA
ＰAA：合金を構成するα副格子内のＡ原子とβ副格子内のＡ原子がＡ−Ａ原子対を形成する確率
Ｚ：配位数
となる。ここでＰAAは次のように近似される。
【数１０】
2005172428.tif 000012
ただし、最隣接原子において、同一副格子内のＡ原子同士で形成されるＡ−Ａ原子対の相関は存在しないものと仮定する（εAA＝０）。ここで、上式の添字の総和に関する計算条件は、以下の通りである。
【数１１】
2005172428.tif 000013
【００２３】
一方、長範囲規則度Ｓと関係は、次式で表わされる
【数１２】
2005172428.tif 000014
ただしＣA とν（α副格子の相対濃度）の関係から、γの値は、
ＣA ≦νの場合、γ＝ＣA（１−ν）／ν
ＣA ≧νの場合、γ＝１−ＣA
で与えられる。これらの関係から、
【数１３】
2005172428.tif 000015
が成立する。
【００２４】
Ｂ２型規則構造合金の場合、
【数１４】
2005172428.tif 000016
が得られる。
【００２５】
短範囲規則度σ1 は、定義により
【数１５】
2005172428.tif 000017
が成立する。従って、
σ1 ＝（ＰAA−ＣA ）／ＣB から
σ1 ＝−γ2 Ｓ2 ／ＣA （１−ＣA ）      …（第５式）
が得られる。
【００２６】
本発明によれば、照射条件及び平衡長範囲規則度から求めたＲ値を代入することにより長範囲規則度（短範囲規則度）を算出し、その値から照射下状態を予測することが可能となる。長範囲規則度（短範囲規則度）とＲ値との関係（照射下状態ダイアグラム）を図１に示す。Ｒ値は、照射速度φとＫ値の関数になっており（Ｒ＝Ｋ／εφ）、Ｋ値は照射温度Ｔの関数であることから、結果的に照射温度φ及び照射温度Ｔの関数となる。図１の上半分は、第２式から長範囲規則度が照射下で大きく低下しはじめる第１閾値Ｓth1 値、第３式から低下後にほぼ平衡に達する第２閾値Ｓth2 値、第４式から平衡長範囲規則度Ｓeq値をＲの関数として表示したものである。また図１の下半分は、各長範囲規則度から第５式により短範囲規則度を表示したものである。
【００２７】
図１の照射下状態ダイアグラムによる判定方法は次の通りである。使用が予定されている新材料に関する特定の照射条件からＲ値を算出し、第１式から求めた長範囲規則度Ｓ値を図１内に記載する。同じＲ値におけるＳ値と、Ｓth1 値、Ｓth2 値、Ｓeq値（ここで、０≦Ｓeq＜Ｓth2 ＜Ｓth1 ＜１）を比較し、それらの大小関係から、
（１）Ｓth1 ＜Ｓの場合：規則化状態にあり、損傷レベルは小さい（長範囲規則度大）。
（２）Ｓth2 ＜Ｓ＜Ｓth1 の場合：規則化状態から不規則化状態に至る遷移過程であり、損傷レベルは大きく変動し、急速に増大する傾向にある（長範囲規則度は大幅低下）。
（３）Ｓeq＜Ｓ＜Ｓth2 の場合：不規則化状態にほぼ到達する過程であり、損傷レベルは大きいが、その変動は小さい（長範囲規則度の低下幅は小さく、長範囲規則度小）。
（４）Ｓ＜Ｓeqの場合：不規則化状態にあり、損傷レベルは大きい（長範囲規則度小）。
と定性的に判定する。
【００２８】
また図１における短範囲規則度から、最隣接原子間に関する異種原子対（σ：負値）または同種原子対（σ：正値）の傾向など、局所的情報を判定することができる。
【００２９】
図１に示すように、長範囲規則度及び短範囲規則度に関する曲線は、大きく上下に広がり、規則度が±１に近接する材料では、照射下における特性劣化が少ないことが予想される。図１では、種々の照射条件を単純なＲ値に変換し、規則度に関して予測される変化をＲ値を介して（Ｒ値の関数として）可視化することにより、その挙動を空間的に把握できることが特徴である。また、これにより種々の物性値変化との比較検討が容易になり、それらとの対応関係が容易に求まる。
【００３０】
表１に、長範囲規則度と短範囲規則度の閾値の関係を示す。
【表１】
2005172428.tif 000018
【００３１】
Ｓeq値を決めればＲ値（Ｒ＝Ｋ／εφ＝Ｓeq／（１−Ｓeq）2 ：（０≦Ｒ＜∞））が決まり、Ｒ値が決まれば第２式、第３式から、Ｓth1 値、Ｓth2 値は、それぞれＲの関数となるため、それらの値が求まる。一方、得られた長範囲規則度から第５式を用いて短範囲規則度が求まり、Ｓeq値、Ｓth1 値、Ｓth2 値からσeq値、σth1 値、σth2 値が得られる。表１はこのようにして求めた結果である。
【００３２】
表１の結果から、長範囲規則度の平衡値が、例えば０．１から０．２に近い場合（不規則化が顕著な状態に相当）、規則度の崩れ始める程度Ｓth1 は、０．６から急激に低下し始めて０．３９程度でほぼ平衡に近付き、０．２（平衡値）に至ることが分かる。また、０．３５程度から崩れ始めると、０．２でほぼ平衡に近づき、０．１で平衡となる。この崩れ始める規則度Ｓth1 が０．９から０．８程度の大きな値であれば、規則度が低下しても０．８（平衡値０．５）から０．６（平衡値０．４弱）程度に抑制できる（不規則化しない）。これに対し、Ｓth1 値が０．６以下に至ると、急激に長範囲規則度は低下し、不規則化を呈することになる。
【００３３】
これらの変化に対応して、短範囲規則度は、長範囲規則度を２乗して係数を掛けた値に符号を逆転させたものとなっている。従って、長範囲規則度の平衡値が、０．１から０．２に近い場合、短範囲規則度の平衡値は、−０．０１から−０．０４を呈し、ほぼゼロに近い値（不規則化）となる。一方、長範囲規則度の平衡値が、０．９から０．８に近い場合、短範囲規則度の平衡値は、−０．８から−０．６であり、原子レベルにおいても短範囲の規則化（異種原子対の規則化）が進んでいることを示している。
【００３４】
また、長範囲規則度と短範囲規則度の違いについていえば、長範囲規則度に比べ短範囲規則度の方が規則度の崩れる程度は大きく、長範囲規則度において長範囲規則レベルでの規則度の低下が少なくても、原子レベルの短範囲規則度変化で見れば、短範囲規則度の低下が一層進んでいる場合があり得ることを示唆している。
【００３５】
短範囲規則度は、第１隣接原子、第２隣接原子、第３隣接原子程度の原子レベル、すなわち、最も近い原子、その次に近い隣接原子、さらにその次に近い隣接原子程度までの範囲内での規則度である（表１では、最隣接原子間の場合のみを表示している）。これに比べ、長範囲規則度は、原子レベルではなく、結晶格子の数個から数十個分の範囲における比較的大きな範囲での規則度に相当し、両者の間には、第５式に示される関係がある。第５式では、短範囲規則度は、長範囲規則度の２乗に定数を乗じたものに、符号を逆転させたものになる。一例をあげると、長範囲規則度が１に近づくと、短範囲規則度は−１（異種原子対）に近づく。
【００３６】
短範囲規則度と長範囲規則度の関係は以下通りである。長範囲規則度でいえば、１にできるだけ近い方が、規則化しており、０に近い方が、不規則化に近いことになる。また、短範囲規則度では、−１に近い方が異種原子の規則化に、＋１に近いときが、同種原子の規則化に対応し、一方、０に近い方が、不規則化に相当する。実際の照射損傷過程を考えると、照射損傷は、材料に高エネルギー粒子（中性子やイオン、電子等）が衝突して微細レベルの照射欠陥ができる程度（短範囲規則度レベル）から、それらが成長、合体し、大きな欠陥集合体の形成（長範囲規則度レベル）に至り、最終的には亀裂や破損に至る。短範囲規則度は、補助的な判定材料というよりは、損傷過程初期における微細レベルでの判定をするために不可欠なものである。実際の場合には、長範囲規則度を用いて試料全体の損傷状態を判定した後、局所的損傷状態を短範囲規則度で確認することになる。この意味では、「補助的」というよりは、むしろ、「相補的」に判定するものと考えるのが妥当である。
【００３７】
また、温度Ｔと損傷率（損傷速度）φの関係は、次式で示される。
【数１６】
2005172428.tif 000019
長範囲規則度が平衡に到達するときの損傷率（損傷速度）と温度の関係は、次のようになる。
【数１７】
2005172428.tif 000020
ここで、Ｔeqは、長範囲規則度が平衡に到達する温度を示す。同様にして、次式が得られる。
【数１８】
2005172428.tif 000021
ここで、Ｔth1 値、Ｔth2 値及びφth1 値、φth2 値は、それぞれ長範囲規則度に関する閾値温度、閾値照射速度を示す。
【００３８】
図２は、照射条件から直接判定する方法を示しており、実際の照射条件である対数照射速度と照射温度の逆数の関係を示している。使用する表式は図１と同一であるため、求める長範囲規則度Ｓは一意であり、Ｓ値を算出する上では、図１の方法も図２の方法も同一である。また、図２では図１にある短範囲規則度が記入されていないが、必要があれば図１と同じように、第５式を用いて求めた短範囲規則度を図中に記載することにより、同等のダイアグラムが得られる。
【００３９】
図２では、Ｒ値を計算することなく、実際の照射条件からＳ値を直接に判断可能とする利便性がある。この場合、Ｓ値の変化を予測するためには、Ｓ値予測に関する空間イメージが直接的に得られないことの他に、対数表示であることから、図１に比べ解読作業などは簡単ではないが、線図に関する線引き作業や解読作業に熟達すれば、容易になる。なお図２中の直線は、損傷が回復すると図の左下の方に、損傷が進行すると右上の方に移動する傾向がある。
【００４０】
（実証例）
本発明者が、Ｂ２型規則合金であるＴｉＮｉ合金に関する中性子照射試験を日本原子力研究所の材料試験炉（ＪＭＴＲ）において実施した結果では、電気抵抗測定から求めた変態温度低下量の変化から長範囲規則度の変化を評価すると、５２０Ｋを超える照射温度に保持することにより、中性子照射による長範囲規則度の低下を抑制でき、照射による特性劣化を大きく改善できることが判明し、本発明方法が実験的にも妥当であることが判明した。
【００４１】
このように案出された照射下状態ダイアグラムを用いる本発明によれば、長期間に及ぶ実施が不可欠とされる膨大な照射試験、照射後試験及び解析評価を大幅に短縮し、簡便且つ迅速に規則構造合金の照射下供用条件を導出することができる。本発明により、通常１０年以上の開発期間が必要とされる新材料の開発にあたり、これを数年以下とほぼ１／３以下に短縮でき、低コストでの耐照射環境用材料開発が可能となる見通しが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】Ｂ２型規則合金の長範囲規則度（短範囲規則度）とＲ値の関係図。
【図２】Ｂ２型規則合金の照射速度と温度の関係図。
【図１】
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【図２】
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