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Electronic stopping power dependence of ion-track size in UO$$_{2}$$ irradiated with heavy ions in the energy range of $$sim$$1MeV/u

約1MeV/uのエネルギー領域の重イオンを照射したUO$$_{2}$$中のイオントラックの寸法の電子的阻止能依存性

石川 法人; 園田 健*; 澤部 孝史*; 須貝 宏行*; 左高 正雄*

Ishikawa, Norito; Sonoda, Takeshi*; Sawabe, Takashi*; Sugai, Hiroyuki*; Sataka, Masao*

UO$$_{2}$$中の高エネルギー核分裂片の通過に伴う照射損傷形態を予測するために、イオン加速器を利用した照射実験及び損傷寸法解析を行った。具体的には、イオントラックと呼ばれるイオンの軌跡に沿って形成される柱状の欠陥領域の寸法が、電子的阻止能(入射イオンからターゲットの電子系に伝達されるエネルギー密度)に対してどのように依存するかを解析した。これまで、10MeV/u程度の高いエネルギー領域のイオンが形成するイオントラックの寸法データは存在したが、核分裂片エネルギーに相当する約1MeV/uのエネルギー領域でのイオントラック寸法のデータは存在しなかった。そこで、本研究では、約1MeV/uのエネルギー領域で系統的なイオン照射実験を行い、透過型電子顕微鏡観察によって数nmオーダーのイオントラック寸法のデータを取得することができた。また、既存の理論モデルである熱スパイクモデル(イオンの通過による融解を想定したモデル)から予測される寸法より、明らかに小さいことがわかった。従来のモデルで想定してこなかった(融解直後の)再結晶化プロセスを考慮することで、従来モデルをUO$$_{2}$$にも拡張できる可能性を指摘した。

In order to investigate electronic stopping power dependence of ion-track size in UO$$_{2}$$, ion-tracks in UO$$_{2}$$ irradiated with various ions with the specific energy in the order of 1 MeV/u have been observed by a transmission electron microscope. The ion-tracksize shows monotonic increase as a function of the electronic stopping power. Theion-track size obtained for UO$$_{2}$$ is smaller than that obtained for CeO$$_{2}$$, although these two compounds have same crystallographic structure and similar thermal properties. The ion-track sizes for irradiations with ions having relatively low energy of about1 MeV/u are smaller than those expected from the thermal spike models based on melting temperature criterion. The possible interpretations for the unusually smallion-tracks observed for UO$$_{2}$$ are discussed.

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