１．研究開発の背景とねらい

　本事業では、高効率な発電や水素製造等の多目的に利用できる高温ガス冷却高速炉を実現するために重要な、ガス冷却高速炉用SiC/SiC複合先進材料の接合技術とその接合解析技術の開発を目的とし、実機を模擬した照射を行いながら先進材料内のクラック進展や破壊挙動をその場観察評価できるナノメカニクス接合解析技術を開発するとともに、SiC/SiC複合材料の接合試験片のナノメカニクス接合解析評価と高速実験炉「常陽」で中性子照射済みのβ−SiCの微細組織の評価を実施している。以下にその研究開発の背景とねらいについて述べる。
　高速炉燃料サイクルの実用化のためにナトリウム冷却を基本とする原子力システムを中核に据え、ナトリウム冷却以外の高速炉システムについてもその成立性や可能性について概念設計や基礎研究開発活動が進められている。その中でも高温ガス冷却高速炉は、850℃から1300℃の範囲に渡るガス取り出し温度を実現できる可能性があり、その結果（１）画期的な高効率発電を実現できるガスタービンを利用できること、（２）水蒸気改質などの水素製造の熱源として利用できること、（３）高温ガス炉で計画された鉄の直接還元への適用可能性等、既存の化石燃料発電設備や化学プラント及び製鉄設備では実現することが困難な環境調和型の非常に高い社会適合性を有する工業基盤を構築できる可能性を有していると考えられている。更に、既存の金属系高温材料では炉心構造体はもちろんのこと炉心機器構成材料への適用も実現困難である。そこで、「ガス冷却高速炉用先進材料」として最近開発された画期的な先進材料であるセラミックス系のSiC/SiC複合材料が期待されている。そこで、実機を模擬した照射を行いながら、SiC/SiC複合材料等のクラック進展や破壊挙動をその場観察評価できるナノメカニクス接合解析技術を開発し、これによりSiC/SiC複合材料等の先進材料の破壊挙動を理解し、クラック進展を抑制する対策を施すことによって、破壊強度を改善した更なる特性を有する先進材料を実現することを主たる本研究開発のねらいとした。

２．研究開発成果

　本事業実施に当たって主委託先である国立大学法人北海道大学の他に、本事業の目的達成のために2つの項目を設け、それぞれ国立大学法人京都大学と独立行政法人日本原子力研究開発機構を再委託先として実施している。現在、3ヵ年計画の最終年度であり精力的に研究開発を再委託機関と連携しながら推進している。以下にその概要を述べる。
２．１．ナノメカニクス接合解析装置
　ガス冷却高速炉用先進材料の接合特性を評価するために、先進セラミックス複合材料であるSiC/SiCとW等の接合材料に要求される特性に基づきナノメカニクス接合解析装置の開発目標を設定し装置作製とその評価を行った。図２には、それぞれ、本事業で開発したその場実験用カンチレバー型ナノメカニクス接合解析試験片（初期型）及び界面に働くせん断応力の均一化を図ったDouble Notch Shear(DNS)型ナノメカニクス接合解析試験片（改良型）を示す。 　図２（左下）の本事業で得られたナノメカニクス接合解析試験により、初めてSiC/タングステン接合界面のクラック進展経路が明らかになり、新たな堅牢な接合界面を設計し、せん断強度を改善した材料の研究開発を進めている。
　本研究の様な接合部分の試験を応用した研究は皆無であり、高温でその場実験が可能な加熱装置をピエゾドライブ機構に取り付けた装置は技術的観点から電子顕微鏡においては著者が知る限り世界的に初めてである。

３．今後の展望

　本事業で研究開発を進めているナノメカニクス接合解析技術は革新的原子力システムのガス冷却高速炉を実現する上で極めて重要な先端的研究開発であると言える。また、これらの先進材料システムの接合解析技術は原子力システム以外のガスタービンシステムや航空宇宙の機能材料の接合等、更には近年話題になっている微小な構造を有する半導体デバイスや生体器官等の力学的特性を計測するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)への応用等スピンオフも期待されており、本事業のナノメカニクス接合解析技術は他の技術分野との融合効果や波及効果が期待出来る。