Radiation-induced swelling and softening in magnesium aluminate spinel irradiated with high-flux Cu ions

Mg-Alスピネルにおける大電流銅イオン照射による照射誘起スエリングと軟化

Lee, C. G.; 大村 孝仁*; 武田 良彦*; 松岡 三郎*; 岸本 直樹*

Lee, C. G.; Omura, Takahito*; Takeda, Yoshihiko*; Matsuoka, Saburo*; Kishimoto, Naoki*

耐照射損傷材として注目されているMg-Alスピネルにおいて、大電流イオン照射による体積及び硬度の変化を調べた。イオン照射は、60keV銅負イオンを線量310ions/cmに固定し、最大線量率100A/cmまで行った。ナノインデンテーションで測定した硬度は全体に照射に伴い大きな減少を示した。硬度のイオン線量率依存性は体積変化の線量率依存性と強い相関を示し、硬度が減少すると体積が増加することがわかった。照射後のRBS測定結果、非晶質化は起きていないことから、本研究での照射誘起軟化の原因は一般に知られている照射誘起非晶質化ではないことを意味する。一方、光吸収の測定結果から、スピネル結晶の陰イオン副格子での照射誘起点欠陥及びその集合体が、照射誘起スエリングに大きく関与していることがわかった。

Magnesium aluminate spinel of single crystal was irradiated with 60 keV Cu at a dose rate up to 100 A/cm, to a total dose of 310 ions/cm, in order to study changes in hardness and step-height swelling by high-flux implantation. Hardness determined by nano-indentation measurements steeply decreased with implantation. There is a strong negative correlation between dose-rate dependences of the hardness and the step-height swelling: the former decreases as the latter increases. The Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS)/channeling measurements showed that the spinel is not completely amorphized over the dose-rate range in this study, and the radiation-induced softening observed is not due to amorphization. Results of optical absorbance suggested that radiation-induced point defects and their clusters on the anion sublattices of the spinel played an important role in the radiation-induced swelling under high-flux ion implantation.