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Novel method for observing hillocks created for ceramic materials irradiated with swift heavy ions

高速重イオン照射したセラミックス材料において形成されるヒロックの新しい観察手法

石川 法人   ; 大久保 成彰   ; 田口 富嗣

Ishikawa, Norito; Okubo, Nariaki; Taguchi, Tomitsugu

本研究では、高速重イオン照射したセラミックス材料の照射表面において形成されるナノ隆起物(いわゆるヒロック)の新しい観察手法を提案する。これまで、照射表面に形成されるナノ構造の多くは、AFM(原子間力顕微鏡)で観察されてきたが、AFMの空間分解能は、AFM装置のプローブ端子の寸法に制限されてきた。プローブ端子は、通常ヒロックと同じオーダーの寸法をしているために、AFMで観測されるヒロックの寸法は、常に数nmの系統誤差を含み、過大評価してしまう。本研究では、透過型電子顕微鏡を用いるとともに、ヒロックを側面方向から観察することによって、寸法を過大評価することなくヒロックを観察する手法を開発した。この手法を用いて、核燃料模擬物質CeO$$_{2}$$および同じ結晶構造を持つCaF$$_{2}$$、さらに(Y,Fe)系酸化物、NiOなどの様々な材料におけるイオン照射時に形成されるヒロックの寸法を測定し、これまでAFMで報告されてきたヒロック寸法がどれだけ過大評価されてきたかについて議論する。

In this study, CeO$$_{2}$$ was irradiated with 200 MeV Au ions at oblique incidence. Observation of as-irradiated samples by transmission electron microscope (TEM) shows that hillocks are created not only at the wide surfaces, but also at the side faces of the thin samples. Since the hillocks created at the side faces can be imaged by TEM, their shape and crystallographic features can be revealed. From the images of hillocks created at the side faces, many of the hillocks are found to be spherical. We present an experimental evidence that hillocks created for CeO$$_{2}$$ irradiated with swift heavy ions have a crystal structure whose lattice spacing and orientation coincide with those of the matrix. The present method1) of observing hillocks can be a complementary technique to AFM(Atomic Force Microscopy.

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