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Migration energy of a self-interstitial atom in $$alpha$$-iron estimated by in situ observation of interstitial clusters at low temperatures using high-voltage electron microscopy

超高圧電子顕微鏡を用いた格子間原子集合体の低温照射下その場観察による$$alpha$$鉄中での格子間原子の移動の活性化エネルギー評価

阿部 陽介 ; 佐藤 裕樹*; 橋本 直幸*

Abe, Yosuke; Sato, Yuki*; Hashimoto, Naoyuki*

高エネルギー粒子照射により形成される格子間原子(SIA)の移動の活性化エネルギーは、ミクロ組織変化の様々な予測モデルにおける重要な物理量である。本研究では、超高圧電子顕微鏡を用いた低温(110-320K)での電子照射下その場観察により、$$alpha$$鉄中のSIAクラスター数密度の時間変化を測定し、格子間原子の移動度に関連する物理量として、(1)SIAクラスターのピーク数密度と(2)薄膜試料において欠陥ができなくなる臨界厚さに関する温度依存データを取得した。これらをアレニウスプロットし、反応速度式から導出される関係式を用いることにより、格子間原子の移動の活性化エネルギーを評価した結果、(1)からは$$0.26pm0.04$$eV、(2)からは$$0.30pm0.03$$eVを得た。

Modeling cluster dynamics or rate theory to describe the microstructural evolution of irradiated materials requires a precise knowledge of the migration energy of a self-interstitial atom (SIA), a product of energetic particle radiation. We measured the evolution of the number density of SIA clusters in electron-irradiated $$alpha$$-iron at low temperatures (110-320 K) by in situ observation using high-voltage electron microscopy. We identified temperature-dependent physical quantities, including (1) the peak density of SIA clusters and (2) the critical defect-free zone thickness in a thin foil specimen, associated with interstitial mobility. By fitting these quantities to the Arrhenius relations derived by rate theory analysis, we obtained estimated interstitial migration energy values of $$0.26 pm 0.04$$ and $$0.30 pm 0.03$$ eV for (1) and (2), respectively.

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分野:Materials Science, Multidisciplinary

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