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Formation and morphology of UO$$_{2}$$ image crystal

UO$$_{2}$$中に生ずるイメージクリスタルの形成と形状

芹澤 弘幸; 大石 佑治*; 加治 芳行; 山中 伸介*

Serizawa, Hiroyuki; Oishi, Yuji*; Kaji, Yoshiyuki; Yamanaka, Shinsuke*

イメージクリスタルとは、その形状を制御し得る負結晶のことである。負結晶は鉱物学者によりその形成の報告があったものの、多くの材料学者が材料中に偶発的に生ずる欠陥であるとの認識を示したことから、研究対象とされていない経緯があった。しかしながら近年になって、二酸化ウランにヘリウムを注入することにより意図的に作り出すことができること、また、その形状を変化させることができることが明らかになった。これまでに14面体, 38面体, 60面体の負結晶が形成されることが確認されている。イメージクリスタルの形状を決定する因子は、格子面の標準エネルギーだけではなく、ステップフリーエナジーにも依存することがわかった。

The image crystal is a shape controllable negative crystal which is sometimes reported by mineralogist. The negative crystals formed in a large single-crystal mass have attracted interest as expensive jewelry because of their mysterious appearance and rarity. Nonetheless, for many scientist, the cavity has been nothing else than a volume defect which occurs in a single crystal by chance. However, the authors found unexpectedly that the image crystal is formed in UO$$_{2}$$ when helium is enclosed in the gas bubble. They also found that the shape of the image crystal changes dramatically with the conditions of helium precipitation, which implies that the shape of the cavity should change depending on the inner pressure. A truncated octahedron-type, an octa-triacontahedron-type and a pentacontahedron-type negative crystal were observed. Recent study clarified that the growth process of the image crystal can be explained by a step free energy model rather than an attachment energy.

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