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Effect of one-dimensional migration of self-interstitial atom clusters on their number density in alpha-iron under electron irradiation

純鉄における電子照射下での自己格子間原子集合体の数密度に対する一次元運動の影響

阿部 陽介 ; 佐藤 裕樹*; 大久保 成彰  ; 金野 杏彩

Abe, Yosuke; Sato, Yuki*; Okubo, Nariaki; Konno, Azusa

超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射下その場観察実験と反応速度論を組み合わせることにより、格子間原子集合体の1D運動挙動がその核形成・成長過程に与える影響を調べた。その結果、残留不純物に捕獲され静止状態にある格子間原子集合体は、電子照射による弾き出しが引き金となって1D運動を生じ、残留不純物への再捕獲を免れた割合だけ表面消失を生じ、それにより数密度が連続的に減少することが示された。さらに、反応速度論モデルにおいて、1D運動を行う格子間原子集合体が他の格子間原子集合体に吸収される効果を考慮することにより、実験で観察された格子間原子集合体数密度の照射強度依存性が高純度鉄において弱くなる現象を再現することが示された。また、自己イオン照射下での電子顕微鏡その場観察実験により、格子間原子集合体の1D運動頻度が照射イオンビーム強度に概ね比例することが分かった。このことは、電子照射下と同様にカスケード損傷下でも、格子間原子集合体の1D運動は照射による弾き出しが引き金となって生じることを示唆している。

We examined a role of 1D migration of SIA clusters in their nucleation and growth behavior in electron-irradiated alpha-iron below 300 K. Using 1D random walk theory, we derived the analytical expression of trapping probability of SIA clusters by impurity atoms within a foil specimen. By incorporating this modelinto a reaction rate theory, it was shown that the saturated cluster number density significantly decreases due to the decrease in the cluster nucleation rate. Also, the dependence of the irradiation beam intensity on the saturated cluster number density becomes weaker when the absorption probability of one-dimensionally migrating SIA clusters by other stationary SIA clusters is higher than the trapping probability by impurity atoms. The irradiation-induced detrapping increases the annihilation rate of the liberated SIA clusters at specimen surfaces, leading to the decrease in the cluster number density at higher irradiation doses, as observed experimentally.

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