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吉田 健太*; 外山 健*; 井上 耕治*; 永井 康介*; 下平 昌樹
まてりあ, 62(3), p.154 - 158, 2023/03
原子炉圧力容器(RPV)の中性子照射脆化因子の一つである直径3nm程度の微細な転位ループを高精度に分析するために開発したウィークビーム走査透過型電子顕微鏡(WB-STEM)に関する解説を行うとともに、当該手法と3次元アトムプローブ法(APT)及び陽電子消滅法(PAS)を組み合わせた最先端の照射脆化研究について紹介する。WB-STEMは材料内部に存在する特定の格子欠陥に対して最適な電子線の収束角及び検出角を設定することによって、従来透過型電子顕微鏡での観察が困難であった微細な転位ループの定量評価を可能にする手法である。この手法を用いて10
n/m
程度の低照射量から10
n/mを上回る高照射量まで複数照射量条件で照射された欧州加圧水型軽水炉の監視試験片中の転位ループを分析し、APTやPASで分析した溶質原子クラスターとの比較を行った。その結果、8.2
10n/mから1.210n/mの高照射量領域において転位ループの数密度が顕著に増加することを明らかにした。また、測定された転位ループ及び溶質原子クラスターの数密度や寸法からモデル式に基づいて、これら微細組織の脆化への寄与を評価し、高照射量領域において転位ループが脆化に大きく寄与する可能性を示した。
平出 哲也
陽電子科学; 基礎から応用まで, p.127 - 132, 2021/08
陽電子消滅寿命・運動量相関測定は、陽電子入射時刻、陽電子消滅時刻、および陽電子消滅線エネルギーの相関測定である。この陽電子消滅寿命・運動量相関測定の測定方法、解析方法などについて簡単に述べ、また、この手法を用いた興味深い研究をいくつか解説する。
平出 哲也
科学と工業, 92(2), p.44 - 54, 2018/02
陽電子は電子の反粒子であり電子と対消滅し質量に相当するエネルギーを
線として放出する。この線を計測する手法を陽電子消滅法と呼ぶ。その時刻情報、エネルギー情報、放出角度の情報はいろいろな材料研究に用いられてきた。ここでは、陽電子消滅法の中でも、消滅寿命、消滅線ドップラー拡がり、消滅寿命-運動量相関を主に取り上げ、金属材料や高分子材料に関する研究例を挙げながら解説する。
/SiC interface using positron annihilation technique前川 雅樹; 河裾 厚男; 吉川 正人; 一宮 彪彦
Materials Science Forum, 457-460(Part2), p.1301 - 1304, 2004/06
熱酸化法によって作製された4H-SiC MOS構造のSiO/SiC層を陽電子消滅法を用いて評価した。消滅線のドップラー広がり(Sパラメータ)を入射陽電子エネルギーとゲートバイアスの関数として測定すると、負のゲートバイアスを印加した場合Sパラメータの顕著な増加が観察された。これはSiC領域に注入された陽電子がMOS内部に発生した電界によって界面方向に移動し界面準位の影響を受けSパラメータが上昇したものと考えられる。MOSへ紫外線を照射しながらSパラメータを測定すると、界面付近に発生した電荷が準位を充電し、欠陥への捕獲効率が変化しSパラメータが減少した。ここから準位の放電を比較的ゆっくりと行うとSパラメータの回復が見られる。界面準位密度の高いドライ酸化法を用いて作製した試料では、このような準位の充放電は紫外線を照射せずともSパラメータの変化として捉えることができた。Sパラメータ変化に影響を与える界面準位はMOS内部の電場の変化に遅れて充放電することから、これらは深いエネルギー準位にまで存在することが示唆された。
-rays produced in laser-induced compton-backscattering平出 哲也; 豊川 弘之*; 大平 俊行*; 鈴木 良一*; 大垣 英明*
Materials Science Forum, 445-446, p.474 - 476, 2004/02
陽電子消滅法はとてもユニークで重要な手法であるが、陽電子は通常試料外部から入射する。そのため、試料は真空中に置くか、放射性同位元素を試料で挟み込まなくてはならない。最近、SelimらはLinacを用いて2MeVの線を作り、その線で試料内部に陽電子を生成させることで、厚みのある試料内部を試料の破壊をせずに陽電子手法で観察することに成功した。われわれも同様の手法をレーザー誘起コンプトンバックスキャッタリング線(20MeVまで)により試料内部に陽電子を生成させ試みてきた。この手法ではまっすぐに進む線上に試料を置くだけでよく、試料は空気中,ガス中でも問題なく、例えば、高温試料,融点付近の金属などの陽電子消滅法による観察なども可能である。
-implanted 6H-SiC studied by monoenergetic positron beams上殿 明良*; 谷川 庄一郎*; 大島 武; 伊藤 久義; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇
Journal of Applied Physics, 86(10), p.5392 - 5398, 1999/00
被引用回数：10 パーセンタイル：45.95(Physics, Applied)酸素または窒素注入した6H-SiC中の注入後及び熱処理後の空孔型欠陥について単色エネルギーを用いた陽電子消滅法を用いて調べた。イオン注入量は、110
,110
/cm(室温)とし、注入後の熱処理は、1400
まで行った。注入後に残留する欠陥はおもに複空孔と同等の大きさの空孔型欠陥であり、その後の熱処理によって空孔欠陥が拡散及び結合し、1000での熱処理では空孔クラスターが生成されることがわかった。さらに高温の熱処理を行うと、110注入については、酸素、窒素注入試料ともに1400の熱処理後には欠陥が消滅し注入層が回復することが明らかとなった。110注入については、1400の熱処理を行っても空孔型の欠陥が残留して、注入層が完全には回復しないことが明らかになった。また、酸素注入と窒素注入を比べると、酸素注入試料では、酸素-空孔の複合欠陥が生成されることで、空孔型欠陥サイズの増大が抑制されることがわかった。
有賀 武夫; 高村 三郎*; 仲田 清智*; 伊藤 泰男*
Applied Surface Science, 85(2), p.229 - 238, 1995/01
被引用回数：11 パーセンタイル：57.83(Chemistry, Physical)ステンレス鋼中の照射欠陥の挙動に及ぼす不活性ガス原子の影響を調べる目的でArイオンを照射した316ステンレス鋼中の空孔型欠陥濃度の深さ分布を、陽電子消滅線スペクトルの形状因子Sパラメータの最小二乗フィットによって求め、結果を注入原子分布および添加したTiとの関係で検討した。室温で250keVのArイオンを7.510
/mまで照射したままの試料中の欠陥分布は、計算による損傷ピークの深さ(~120nm)の3倍の深さで濃度が最大となる。1253Kで0.5hの焼鈍後イオンの平均飛程付近に欠陥濃度のピークが現れ、これはAr気泡によるものと認められる。Tiを0.3wt・%添加した試料では飛程近くには、1073Kの焼鈍ではピークは現れず、Tiの添加によりArを核とする空孔の集積は抑制されたことが、陽電子消滅法を用いた実験から明らかになった。
有賀 武夫; 高村 三郎; 広瀬 雅文*; 伊藤 康男*
Physical Review B, 46(22), p.14411 - 14418, 1992/12
被引用回数：6 パーセンタイル：39.32(Materials Science, Multidisciplinary)イオン照射した試料の照射欠陥分布を求めるために、試料にエネルギー可変の低速の単色陽電子ビームを当て、消滅線スペクトルの形状因子Sパラメータを陽電子エネルギーの関数として測定した。測定データと照射前の同パラメータの差が、照射欠陥の濃度分布及び熱化陽電子の振舞を記述する拡散方程式の解にフィットするように欠陥の濃度分布を求める方法を開発した。この方法を用いて250keVのCイオンを室温で照射した316ステンレス鋼中の欠陥濃度分布を求めた結果、欠陥は計算で予測された損傷分布の倍以上の深さまで分布し、分布のピークが予測された深さより表面側に寄っていることを確かめるとともに、損傷分布の予測計算と測定された欠陥分布の違いについて検討した。
平出 哲也
no journal, ,
陽電子消滅法、特に陽電子消滅寿命測定は高分子材料の研究に非常に多く利用されている。1987年に低温ポリエチレン中で著しいポジトロニウム形成の増大が見出され、新しく提唱された自由体積モデルにより、低温における高分子の物理構造緩和であると解釈され、非常に多くの研究が行われた。しかしながら、1998年に我々は、この低温でのポジトロニウム形成は、低温で放射線照射誘起によって形成された弱く束縛された電子が前駆体となり起こることを提唱し、多くの実験により正しいことを示した。その結果、現在では世界中の研究者が我々の提唱した機構を受け入れ、自由体積モデルによる議論は行われない。しかし、多くの教科書や解説で取り上げられているため、陽電子消滅測定手法を用いて高分子材料研究を行う際には十分に注意が必要である。また、陽電子消滅測定手法で高分子研究が行えないと言うことではなく、多くの特徴があり、他の手法では行うことができない研究が多く行われており、歴史を紹介しながら、現在行われている研究について解説する。
平出 哲也
no journal, ,
陽電子消滅寿命(PALS)測定において見られる水中における三重項Ps(o-Ps)からの消滅寿命は、通常の液体と異なり、高温ほど寿命が短くなる。これはo-Psが周囲の活性種と反応するためである。陽電子消滅寿命-運動量相関(AMOC)測定では特にスピン交換反応により形成される一重項Ps(p-Ps)が検出され、PALS測定同様に温度依存性が見られると予測される。実際には10
C程度までは測定温度を低下させるとスピン交換反応によるp-Psの形成が減少したが、6C付近ではスピン交換反応によるp-Psの形成が増大した。これはo-Ps中の電子とスピン相関をもつ電子が残るOHラジカルとの反応が優先的に起こることが原因であると考えられる。このことから、10C以上では3次元的な拡散が反応を支配しているが、10C以下では水クラスターが形成され、その表面にOHラジカルが局在し、o-Psと反応していると考えられる。
平出 哲也
no journal, ,
水中に入射された陽電子はトラック末端で水分子をイオン化し、放出される過剰電子とある確率で長寿命(数ナノ秒)のオルトーポジトロニウム(o-Ps)を形成する。この過剰電子を放出した水のカチオンは直ちにOHラジカルとなる。これら近距離のo-PsとOHラジカルの反応のスピン相関の効果から、比較的大きな水クラスターが存在することによりOHラジカルの長距離拡散が抑制される可能性が示された。
平出 哲也
no journal, ,
室温イオン液体中における三重項ポジトロニウムの消滅寿命が高温では短くなることが明らかとなったが、これは従来、水中でのみ見られた現象であり、三重項ポジトロニウムと入射陽電子トラック末端で形成されたラジカルとの反応によるものである。よって、同様に、室温イオン液体中においても三重項ポジトロニウムの反応が起きていることが考えられ、スピン相関のある三重項ポジトロニウムとラジカル間の反応であれば、水中同様に、三重項ポジトロニウムのスピン交換反応に量子ビートが見られる可能性が予測された。そこで、bis(trifluoro-methanesulfonyl)imide (TMPA-TFSI)について、陽電子寿命-運動量相関(AMOC)測定を行ったところ、周期的に消滅ガンマ線のエネルギー広がりが変化する量子ビートの観測に成功した。この結果、陽電子消滅法で室温イオン液体中に形成されるラジカルの検出が可能であることを明らかにした。
平 義隆*; 藤本 將輝*; 岡野 泰彬*; 北浦 守*; 平出 哲也
no journal, ,
レーザートムソン/コンプトン散乱は、準単色で調整可能なエネルギー,高偏光,低発散角,低バックグラウンドなどの特徴を備えたガンマ線を生成する独自の手法である。レーザートムソン散乱ガンマ線は、いくつかの電子加速施設で開発されてきた。我々は放射光施設UVSOR-IIIで発生する超短パルスガンマ線を利用したGiPALSを開発した。ガンマ線は、750MeVの電子ビームとTi:Saレーザーの間の90度衝突によるレーザートムソン散乱によって生成される。ガンマ線のパルス幅は5ps(FWHM)と計算されている。現在、ガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光法(GiPALS)のユーザー利用が始まっている。GiPALSに加えて、消滅ガンマ線の寿命とドップラー幅を同時に測定するガンマ線誘起陽電子寿命-運動量相関(GiAMOC)を開発している。超短パルスガンマ線の発生方法とGiPALS, GiAMOCの詳細を紹介する。
平出 哲也
no journal, ,
陽電子消滅寿命・運動量相関測定は、陽電子入射時刻,陽電子消滅時刻、および陽電子消滅ガンマ線エネルギーの相関測定である。この陽電子消滅寿命・運動量相関測定の測定方法,解析方法などについて簡単に述べ、また、この手法を用いた興味深い研究をいくつか解説する。
薮内 敦*; 平出 哲也; 藤浪 真紀*; 淡路 亮*; 大島 永康*; 高井 健一*; 平 義隆*; 杉田 健人*
no journal, ,
UVSOR放射光施設でガンマ線誘起陽電子消滅分光法(GiPAS)技術を用いて、純鉄の引張変形中に形成される欠陥評価のため陽電子消滅寿命をその場測定した。ダンベル型の試験片を小型引張試験機に取り付け、ひずみ速度2.210
/sで、公称ひずみ7以上まで延伸した。直径3mmの66MeVガンマ線パルスビームを引張変形中の試料中心部に照射して試料内で生成させた陽電子を用いて、純鉄試験片の引張変形中の陽電子寿命変化を観察した。従来報告されている変形後に取り外した状態での測定結果と異なり、特に変形初期の寿命変化が非常に少なく、その場測定の重要性が明らかとなった。
平出 哲也
山脇 正人*
【課題】試料に対する加工を必要とせず、かつ高精度で容易に陽電子消滅特性を測定する。 【解決手段】陽電子源Xを具備するヘッド部40により、試料Sに入射しなかった陽電子が検出される。計数部70は、コインシデンス回路20による同時性の判定結果、及びアンチコインシデンス回路50による非同時性(同時性)の判定結果に基づいて、時間差に対応した計数を行うが、ここでは上記の判定結果に応じた計数によって作成した2つのヒストグラム(第1時間差データ、第2時間差データ)を作成し、これらを記憶部80に記憶させる。寿命解析部90は、記憶部80から第2時間差データを読出し、第1時間差データにおいて、上記のように装置に起因して発生した影響を考慮し、試料Sの本来の陽電子消滅特性の解析結果を出力する。
公開特許公報