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Measurements of displacement cross section of tungsten under 389-MeV proton irradiation and thermal damage recovery

389-MeV陽子照射によるタングステンのはじき出し断面積と損傷回復の測定

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*; 嶋 達志*

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

核破砕中性子源,加速器駆動システム等における材料の照射損傷の基礎研究、マクロな材料特性研究、機器設計等をまとめた書籍の中で、われわれが主導してきた照射損傷量の指標である原子あたりのはじき出し数(DPA)に関する最新の研究を提示する。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てタングステン線を冷却し、389MeVの陽子照射による、極低温(10K)下の照射欠陥に伴う電気抵抗増加の測定値からはじき出し断面積を導出した。はじき出し断面積の実験値と計算値を比較した結果、これまでの発表者らが銅を用いた実験による検証結果と同様に、従来の照射損傷モデルによる計算値に比べて、最新の非熱的な欠陥再結合補正を考慮した計算値が実験値を良く再現することを明らかにした。また、アニールに伴う照射後の欠陥回復の測定により、60Kでは約20%の欠陥が回復し、原子炉の中性子照射環境と同様の結果となる他、銅の測定結果と比べた場合、タングステンにおける欠陥の回復量が少ないこと等を示した。

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. As well as our previous results for aluminum and copper, calculated results with defect production efficiencies provided good agreements with experimental data. Based on measurements of recovery of the defects through annealing, about 85% of the damage remained at 60 K, and the same tendency is observed in other experimental result for reactor neutron irradiation.

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