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蛍石構造酸化物中のイオントラックの原子構造; CeO$$_{2}$$とZrO$$_{2}$$の比較

Atomic structure of ion tracks in fluorite structure oxides; Comparison with CeO$$_{2}$$ and ZrO$$_{2}$$

高木 聖也

Takaki, Seiya

蛍石構造酸化物は次世代原子力燃料や核変換処理の母相候補材料として研究されており、放射線照射に伴う微細組織変化の形成メカニズムを明らかにすることは重要な課題である。特に70-100MeVのエネルギーを有する核分裂片は材料中に高密度の電子励起損傷を誘起する。この結果、イオン秘跡に沿ってイオントラックと呼ばれる柱状の照射欠陥が形成することが報告されている。本研究では核分裂片を模擬した高速重イオン照射によりCeO$$_{2}$$や立方晶ZrO$$_{2}$$ (YSZ)中に形成されるイオントラック構造を透過型電子顕微鏡観察から明らかにし、その比較を行った。CeO$$_{2}$$中に形成されるイオントラックはその中心領域で空孔密度が増加しており、酸素イオン配列の優先的な不規則化が生じていることがわかった。一方、同様の条件でYSZ中に形成されるイオントラックは、CeO$$_{2}$$中のものと比較すると、そのサイズは小さく、イオントラック面密度も非常に小さいということがわかった。これらの違いは、溶融した領域が回復する過程で、YSZ中に存在するOイオン構造空孔が影響していると考えられる。

Oxide ceramics with fluorite-structure have been studied as advanced nuclear application, so it is important to clarify the irradiation-induced microstructure. Especially, radiation damage induced by fission fragments with 70-100 MeV, induce high-density electronic excitation in the materials to result in forming cylindrical defect, so called ion track. This study aims to clarify and compare with the structure of ion tracks in CeO$$_{2}$$ and cubic ZrO$$_{2}$$ (YSZ) irradiated with swift heavy ions. It was shown that the density of vacancy at the core damage region of ion tracks is increased and the O anion lattice is preferentially disordered at such region. On the other hand, the size and the areal density of ion tracks in YSZ is smaller than those of CeO$$_{2}$$. The difference of ion tracks between CeO$$_{2}$$ and YSZ is presumably due to the difference in the recovery process from the thermal spike regime, which is influenced by the presence of structural vacancy in oxide sublattice.

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