レーザーコンプトン線を用いた陽電子発生とそれを用いた材料研究

Positron production by laser-Compton -rays and application to material study

豊川 弘之*; 平出 哲也  ; 友田 陽*; 石橋 寿啓*; 菅谷 聡*; 鈴木 良一*

Toyokawa, Hiroyuki*; Hirade, Tetsuya; Tomota, Yo*; Ishibashi, Toshihiro*; Sugaya, Satoshi*; Suzuki, Ryoichi*

材料の脆化などには格子欠陥や転位,不純物元素などの存在などが大きく関与しているが、それらの影響は十分に理解されていない。これらを解明することは、原子力分野などにおける材料開発にとって、信頼できる材料劣化予測モデルを構築するために重要である。物質に1.02MeV以上の高エネルギー光子を照射すると電子・陽電子対が生成する。MeV領域のレーザーコンプトン線を直径数mmにコリメートし、それを用いて物質深部に針状の陽電子分布を形成する。これを用いて物質深部で陽電子消滅法による分析を行い、格子欠陥や陽電子生成断面積の測定とその可視化が可能となる。本手法は大気中や高温高圧,水素曝露下などの環境下において、材料深部が測定できると期待される。そこで本手法の実証実験を行った。産業技術総合研究所において、直径5mmにコリメートした9.1MeVのレーザーコンプトン線ビームを、鉄筋を挿入したコンクリートブロックへ照射し、透過像と陽電子生成像をCTで測定し、画像として表示することが可能であることがわかった。また、欠陥を大量に導入した金属サンプルを用いて陽電子Sパラメータ測定を行い、格子欠陥の測定を試みた。

The brittleness of materials might be affected by defects, dislocations and impurities. However it is not well understood. Clarifying these problems is very important to make reliable models for estimating the degradation of materials for atomic energy. Injecting high energy photons with more than 1.02 MeV to materials can produce electron/positron pairs. Collimated MeV-energy--rays with several mm diameters can produce needle shaped positron distribution. By use of the produced positrons, it is possible to make 3D views of defect distribution or cross section of electro/positron pair production at deeper region of materials. This method is expected to be applied for measurements in atmosphere or high-temperature/high-pressure environments. We succeeded to obtain CT images of the transmission view and electron/positron pair production cross section of reinforcing bars in concrete by use of 5 mm diameter 9.1 MeV -rays. We also measured S-parameters for defects in metal samples.