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Positron lifetimes and mechanical properties of $$gamma$$-irradiated ultra high molecular weight polyethylene

$$gamma$$線照射超高分子量ポリエチレンの陽電子寿命と力学特性の関係

小林 慶規*; 山脇 正人*; 岡 壽崇; 佐伯 誠一; Mohamed, H.*; 服部 兼久*; 渡邊 吉弘*

Kobayashi, Yoshinori*; Yamawaki, Masato*; Oka, Toshitaka; Saiki, Seiichi; Mohamed, H.*; Hattori, Kanehisa*; Watanabe, Yoshihiro*

陽電子消滅寿命測定法は非破壊に材料中の空孔構造を分析可能な手法であり、広く使用されている。しかし、2種類の全く同じ測定用試料を材料から切り出す必要があるため、必ずしも「非破壊」であるといえなかった。そこで、われわれは試料を切り出すことなく、文字通り「非破壊」で陽電子消滅寿命測定を行う手法を開発した。本研究では、新規開発した非破壊陽電子消滅寿命測定法を用いて、$$gamma$$線照射を行った超高分子量ポリエチレンの陽電子寿命と力学特性の関係を調べた。超高分子量ポリエチレン内でのポジトロニウム形成割合は、高密度ポリエチレンや低密度ポリエチレンと同じように、低線量の$$gamma$$線照射によって著しく抑制された。通常、ポリエチレンに打ち込まれた陽電子は、陽電子によって形成されたブロッブ内の電子と対消滅するが、$$gamma$$線を照射した場合、照射によって形成された空隙に陽電子がトラップされてしまうためにポジトロニウムを形成し難くなったと考えられる。また、延伸した超高分子量ポリエチレンの陽電子寿命は破断強度と伸びに相関することが明らかになった。

Positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) has widely been used for probing open volume defects in various materials. PALS is in principle non-destructive, yet conventional PALS is not strictly non-destructive because cutting out of two specimens from the material is required. Recently we developed a novel method of PALS, which is potentially applicable to non-destructive, onsite material inspection. In order to explore the possibility of onsite monitoring of polymer degradation by this novel method of PALS, we studied variations of positron lifetime and mechanical properties of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) subjected to $$gamma$$-irradiation. Correlations were found between the mechanical properties and o-Ps lifetimes, suggesting the feasibility of non-destructive, onsite monitoring of polymer degradation by PALS. The effect of $$gamma$$-irradiation on positronium formation is discussed.

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