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Study on the behavior of oxygen atoms in swift heavy ion irradiated CeO$$_{2}$$ by means of synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy

X線光電子分光法による高エネルギー重イオン照射した二酸化セリウム中の酸素原子の挙動に関する研究

岩瀬 彰宏*; 大野 裕隆*; 石川 法人  ; 馬場 祐治 ; 平尾 法恵; 園田 健*; 木下 幹康*

Iwase, Akihiro*; Ono, Hirotaka*; Ishikawa, Norito; Baba, Yuji; Hirao, Norie; Sonoda, Takeshi*; Kinoshita, Motoyasu*

二酸化セリウム(CeO$$_{2}$$)に対する高エネルギー重イオンの照射効果を調べるため、CeO$$_{2}$$の焼結体に室温で200MeVのキセノンイオンを照射した。照射試料及び未照射試料について、X線光電子分光スペクトル(XPS)を測定した。XPSスペクトルを解析した結果、照射試料においては、セリウムの原子価状態の一部が4価から3価に変化していることがわかった。そこでイオンの照射量に対するCe$$^{3+}$$の生成量を定量的に調べた。その結果、セリウムの還元に対応する酸素原子のはじき出し量は、3%から5%であった。この値は、CeO$$_{2}$$と200MeVイオンの弾性衝突のみで説明するには大きすぎると考えられる。この結果は、200MeVのキセノンイオン照射によって誘起される電子励起の寄与によって酸素のはじき出しが起こることを示唆するものである。

To study the effects of swift heavy ion irradiation on cerium dioxide (CeO$$_{2}$$), CeO$$_{2}$$ sintered pellets were irradiated with 200 MeV Xe ions at room temperature. For irradiated and unirradiated samples, the spectra of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were measured. XPS spectra for the irradiated samples show that the valence state of Ce atoms partly changes from +4 to +3. The amount of Ce$$^{3+}$$ state was quantitatively obtained as a function of ion-fluence. The relative amount of oxygen atom displacements, which are accompanied by the decrease in Ce valence state, is 3-5%. This value is too large to be explained in terms of elastic interactions between CeO$$_{2}$$ and 200 MeV ions. The experimental result suggests the contribution of 200 MeV Xe induced electronic excitation to the displacements of oxygen atoms.

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