Measurement of defect-induced electrical resistivity change of tungsten wire at cryogenic temperature using high-energy proton irradiation

高エネルギー陽子照射による極低温におけるタングステンワイヤーの欠陥に伴う電気抵抗率変化の測定

岩元 洋介   ; 吉田 誠*; 松田 洋樹  ; 明午 伸一郎   ; 佐藤 大樹   ; 八島 浩*; 薮内 敦*; 木野村 淳*; 嶋 達志*

Iwamoto, Yosuke; Yoshida, Makoto*; Matsuda, Hiroki; Meigo, Shinichiro; Satoh, Daiki; Yashima, Hiroshi*; Yabuuchi, Atsushi*; Kinomura, Atsushi*; Shima, Tatsushi*

核破砕中性子源における高エネルギー放射線環境下のターゲット材料の寿命を予測するため、原子あたりのはじき出し数(DPA)を導出できるPHITS等の放射線挙動計算コードが使用されている。本研究では、タングステンのDPAの計算値を検証するため、ギフォード・マクマフォン冷凍機を用いた陽子照射装置に直径0.25mmのタングステン線を装着し、389MeVの陽子を照射して、はじき出し断面積に関係付けられる極低温(10K)下の照射欠陥に伴う電気抵抗率変化を測定した。これまで実施された1.1GeV及び1.9GeV陽子照射によるタングステンの電気抵抗率の測定結果と比較した結果、核反応により生成する二次粒子が陽子エネルギーの増加に伴い、照射結果に伴う電気抵抗率が増加することがわかった。

To predict the lifetime of target materials in high-energy radiation environments at spallation neutron sources, radiation transport codes such as PHITS are used to calculate the displacements per atom (DPA) value. In this work, to validate calculated DPA values of tungsten, we implemented 0.25-mm-diameter wire sample of tungsten in a proton irradiation device with a Gifford-McMahon cryocooler and measured the defect-induced electrical resistivity changes related to the displacement cross section using 389-MeV protons at 10 K. In comparison with experimental data under 1.1 and 1.9 GeV proton irradiation, we found that damage rate of tungsten increases with proton energy due to increase the number of secondary particle s produced by nuclear reactions.