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Effect of Al and Be ions pre-implantation on formation and growth of helium bubbles in SiC/SiC composites

SiC/SiC複合材料におけるHeバブルの形成及び成長に及ぼすAlもしくはBeイオン予注入の影響

田口 富嗣; 井川 直樹; 若井 栄一; 實川 資朗; Snead, L. L.*; 長谷川 晃*

Taguchi, Tomitsugu; Igawa, Naoki; Wakai, Eiichi; Jitsukawa, Shiro; Snead, L. L.*; Hasegawa, Akira*

SiC/SiC複合材料は、核融合炉用構造材料としての応用が期待されている。核融合炉環境では、14MeVという高エネルギー中性子に晒されるため、複合材料内にHeやHといったガス原子以外にも、AlやBeといった核変換生成物が生成する。これまでに、はじき出し損傷とHeやHとの共存により、複合材料内にHeバブルが形成することを示した。本研究では、これらHeバブルの形成に及ぼすAlやBe等の核変換生成物の影響を検討した。SiC/SiC複合材料に、AlもしくはBeを1000at.ppm予注入し、その後Si, He及びHを用いた多重イオン同時照射により核融合炉環境を模擬した照射を行った。照射温度は、1000$$^{circ}$$Cとした。その結果、AlもしくはBeを予注入した複合材料にも、Heバブルが形成することを確認した。AlもしくはBeイオンを予注入した複合材料内に生成したHeバブルの直径分布は、2つの最頻値を持つ分布であった。また、AlもしくはBeを予注入することによりHeバブルの平均径が増大し、Alの注入量が増加するとともにHeバブルの平均径が増加することがわかった。このことから、Heバブルの成長に核変換生成物であるAlやBeが影響を及ぼすことを明らかにした。

The effect of Al and Be ions pre-implantation on microstructural change and, the formation and growth of He bubbles in SiC/SiC composite was investigated. Four kinds of ion implanted specimens were prepared with 100 appm Al, 1000 appm Al, 100 appm Be and 1000 appm Be implanted. No microstructural change was observed in the matrices and fibers of SiC/SiC composites implanted with Al or Be ions up to 1000 appm. The un-implanted and Al or Be pre-implanted SiC/SiC composites were simultaneously irradiated to 10 dpa using triple ion-beams (6.0-MeV Si$$^{2+}$$, 1.0-MeV He$$^{+}$$ and 340-keV H$$^{+}$$) at 1000 $$^{circ}$$C. Helium bubbles were formed in every matrix and fiber irradiated by triple ion-beams. The size of He bubbles in the matrix was increased by implanting Al or Be ions and increased with increasing amount of implanted Al or Be ions. The size of He bubbles in the fiber was slightly increased by implanting Al or Be ions. These results suggest that Al or Be as transmutation products and impurities may accelerate the growth of He bubbles in SiC/SiC composites under fusion reactor conditions.

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