Near-infrared study of radiation damage in ion-irradiated cerium dioxide and cerium-gadolinium dioxide

イオン照射したセリウム酸化物とセリウムーガドリニウム酸化物における照射損傷の近赤外分光法研究

Costantini, J.-M.*; Guillaumet, M.*; Lelong, G.*; 石川 法人   ; Seo, P.*; 安田 和弘*

Costantini, J.-M.*; Guillaumet, M.*; Lelong, G.*; Ishikawa, Norito; Seo, P.*; Yasuda, Kazuhiro*

イオン照射したCeOと(Ce, Gd)Oにおける照射損傷について近赤外線分光法を用いて分析した。具体的には、100-MeV Kr、200-MeV Xe、36-MeV Wイオンビームを照射した結果、4つの吸収バンド(3700, 4100, 6000, and 7600cm)が照射によって現れることが分かった。これらの吸収バンドは、5, 10, and 15molのGdOを添加した(未照射の)(Ce, Gd)Oにおいては現れない吸収バンドなので、照射損傷に特有な現象であることが分かる。一方で、これらの吸収バンドは、高エネルギー電子線照射によっても現れることがすでに分かっており、またセリウム原子の空孔の形成に伴う電子遷移に関係していることが示唆される。本分光法の手法が、照射によって生じるセリウム原子の空孔の形成挙動が把握できる手法であることを示すことができた。

Radiation damage is studied in ion-irradiated sintered CeO and (Ce, Gd)O samples. Near Infra-red (NIR) spectra measurements were carried out by using the diffuse reflectivity mode for all of these sintered samples. Samples were irradiated with 100-MeV Kr, 200-MeV Xe, and 36-MeV W ions. Four broad absorption bands centered at 3700, 4100, 6000, and 7600 cm (i.e. 0.46, 0.51, 0.74, and 0.94 eV) are deduced from fits of the FTIR spectra for the ion-irradiated CeO and (Ce, Gd)O samples accompanied by a change in color from ivory to green. No such bands are recorded for the virgin (Ce, Gd)O samples with 5, 10, and 15 mol GdO with an increasing amount of oxygen vacancies. Absorption bands are tentatively assigned to electronic transitions involving cerium vacancy levels in the band gap, which has been also observed under high-energy electron irradiation.