Depth profiles of energy deposition near incident surface irradiated with swift heavy ions

高速重イオンに照射された物質の入射表面付近におけるエネルギー付与深度分布

小川 達彦   ; 石川 法人   ; 甲斐 健師   

Ogawa, Tatsuhiko; Ishikawa, Norito; Kai, Takeshi

物質中に局所的にエネルギーを付与する重イオン照射は、新しい材料改質方法の開発や放射線損傷原理の解明などを目的として広く用いられている。ここで、重イオンによって弾かれた電子(線)と、それがさらに散乱する二次電子のエネルギー付与について、イオンの進行と垂直方向に対する分布は研究されてきた。一方、重イオンの進行方向に対するエネルギー付与分布は一定と仮定されてきたが、電子は重イオンの進行方向に押されるため、表面付近はエネルギー付与が少ないと推定される。そこで、本研究では、飛跡構造解析コードRITRACKSを用いて、重イオン照射を受けた物質内での二次電子のエネルギー付与の空間分布を詳細に求めた。その結果、水中では表面2nmまでの領域はエネルギー付与が少なく、それ以降は一定にエネルギーが付与されることを明らかにした。この結果を電子密度でスケーリングすることで水以外にも適用可能と期待され、核分裂生成物により損傷を受ける原子炉の燃料被覆管や、重イオンビーム照射で改質を受ける材料物質において、表面1-2nmでは放射線の影響が深部より少なくなり得ることを示唆している。

Heavy ion irradiation, which deposits energy locally in materials, is widely used to study new material modification and radiation-induced damage. So far, radial distribution of energy deposition by heavy ions were well studied. By contrast, depth profile of energy deposition was usually assumed to be uniform but the energy deposition near the incident surface is likely suppressed because the delta-rays are pushed by the incident heavy ions. In this study, spatial distribution of energy deposition in the materials exposed to heavy ions is calculated by using a track structure simulation code RITRACKS. The result showed that energy deposition is suppressed in the first 2 nm of water and that beyond 2 nm is uniform. This result can be applied to the materials other than water by scaling with electron density. It is indicated that reactor fuel pins damaged by fission products and the materials modified by heavy ions receive less energy deposition and less radiation effect in the first 2 nm.