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蛍石構造酸化物の高密度電子励起損傷

High density electronic excitation damage in fluorite structure oxides

高木 聖也; 安田 和弘*; 松村 晶*; 石川 法人

Takaki, Seiya; Yasuda, Kazuhiro*; Matsumura, Sho*; Ishikawa, Norito

次世代燃料や核変換処理母相材料は、高速中性子、電子、$$alpha$$線、核分裂片等の種々の放射線照射環境下で使用され、照射欠陥の形成や微細組織発達はこれらの放射線の重畳照射効果として現れる。イオン・共有結合材料中の点欠陥挙動は、電子励起により影響を受けることが知られている。特に核分裂片による高密度電子励起損傷はイオントラックと呼ばれる柱状欠陥を比熱的に形成し、燃材料の微細組織発達に大きく影響を与える。本講演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種々の電子顕微鏡法を用いて観察した結果を報告する。蛍石構造酸化物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。また、高照射量まで照射したCeO$$_{2}$$中には高密度の転位組織が発達することがわかった。これは、高密度の空孔を含むイオントラックが照射量の増大に伴い、重畳を繰り返す間、格子間原子の蓄積が生じ、転位組織が発達したためと考えられる。一方、立方晶ZrO$$_{2}$$ (YSZ)中に形成されるイオントラックはCeO$$_{2}$$中のものと比較してそのサイズは小さく、原子密度の低下を示さない照射欠陥が形成されていることがわかった。これは、YSZ中の構造空孔がイオントラック形成時の回復に影響を与えた結果だと考えられる。

Advanced nuclear application materials are irradiated by fast neutrons, electrons, a particles and fission fragments, so formation of radiation damage and microstructure evolution are induced by pile-up effect of those radiation. Behavior of point defects in materials which has ion and covalent bonding is influenced by electronic excitation. Especially, high-density electronic excitation damage induced by fission fragments, induce to form cylindrical defect, so called ion track in the materials to result in influence for microstructural evolution in fuel materials. This study aims to clarify the structure of ion tracks in CeO$$_{2}$$ and cubic ZrO$$_{2}$$ (YSZ) irradiated with swift heavy ions by using several transmission electron microscopies. 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. In addition to, high density dislocation was formed in CeO$$_{2}$$ with irradiated by high fluence. This result support STEM observation. In case of YSZ, the size and the areal density of ion tracks 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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