Material modification and nanostructuring by swift heavy ions

高速重イオンによる材料改質とナノ構造形成

石川 法人   

Ishikawa, Norito

本講演は、高速重イオン照射に伴うセラミックス材料中の結晶構造変化やナノ構造の形成などのメカニズム研究についてレビューし、今後の重要な課題を提示することで、将来的な当該分野の発展に資することを目的としたものである。1MeV/u以上のエネルギーをもつ高速重イオンによる照射損傷の形態は、様々あるがイオントラック損傷の形成がよく知られている。イオントラック損傷の研究は、原子力材料科学、イオン-固体相互作用の基礎科学、ナノテクノロジーなど分野をまたいで重要な現象として研究されてきた。イオントラック損傷のメカニズムとして、格子系と電子系のそれぞれの温度の推移を関数化した2温度熱スパイクモデルがよく知られており、多くのセラミックス材料中のイオントラック形成挙動をよく記述できるとされてきた。しかしながら、近年、そのモデルが適用できない材料が、存在することが指摘されるようになり、それらの材料での損傷挙動を包括した新しい(もしくは修正された)モデルが待たれている。そのような、研究動向を整理レビューし、当該分野の研究が進むために解決が必要な重要課題を議論する。

Radiation damage due to irradiation with swift heavy ions (SHI) with the energy above 1 MeV/u has many different features compared to that due to irradiation with electrons and neutrons. One of the well-known phenomena related to SHI irradiation is formation of ion tracks. An ion track is a cylindrical region where the material near ion-path is locally modified in nanometric scale. Ion tracks are of great interest in a wide variety of research fields including nuclear materials science, physics of ion-solid interaction, nanotechnology, archaeology and so on. Mechanism of ion track formation in inorganic materials has always been one of the central and intriguing subjects in the SHI research community. It is still challenging to untangle the related problems. In this plenary talk, I would like to concentrate on the vital part of the recent advancement so that the audience can understand the logical pathway of the latest research works.