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論文

Molecular dynamics simulation of fast particle irradiation to the Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$-doped CeO$$_{2}$$

篠嶋 妥*; 安島 直紀*; 長田 卓也*; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 316, p.176 - 182, 2013/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:33.13(Instruments & Instrumentation)

核燃料の初期燃焼を制御するために添加される(中性子吸収断面積の高い)Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$による照射影響の違いを調べるために、Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加した核燃料模擬物質CeO$$_{2}$$における高速重粒子照射の分子動力学シミュレーションを行った。高速重粒子の通過の0.3ピコ秒後、通過軌跡付近が非晶質化し、3ピコ秒後には急速に結晶が回復する現象が見られた。Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加に伴い、照射損傷が顕著になる傾向が観測され、過去の照射実験結果と同じ傾向であることが分かった。

論文

Computer simulation of structural modifications induced by highly energetic ions in uranium dioxide

篠嶋 妥*; 長田 卓也*; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.195 - 201, 2013/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:33.13(Instruments & Instrumentation)

高エネルギーイオン照射による単結晶ウラン酸化物における結晶構造変化について、分子動力学法によって計算シミュレーションを行った。具体的には、一つのイオンが試料内を通過して試料に高密度のエネルギーが付与されることによって最終的に結晶構造がどう変化するかを調べるために、高密度のエネルギーを試料中心部のナノメートル半径の柱状領域だけに付与し、その時点から数psecまでの試料全体の結晶構造の変化を調べた。sub-psecの時間範囲においては、エネルギーを付与した領域だけでなく周りの原子まで運動エネルギーが分配され、比較的大きい柱状領域内の結晶構造が崩れて非晶質になった。さらに数psecまで時間が進むと、非晶質だった領域の周辺部から結晶性が急速に回復し、最終的には狭い領域が結晶性の乱れた領域として残るということが分かった。ウラン副格子はほぼ完全に回復し、酸素副格子だけが結晶性の乱れた状態として残ることもわかった。付与したエネルギー付与密度と、最終的に残る結晶性の乱れた柱状領域の寸法との関係が、定性的には熱スパイクモデルで予測される関数系と一致することがわかった。

論文

Molecular dynamics simulation of fast particle irradiation on the single crystal CeO$$_{2}$$

篠嶋 妥*; 安島 直紀*; 長田 卓也*; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.202 - 207, 2013/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.76(Instruments & Instrumentation)

高エネルギー核分裂片の通過が核燃料中の照射損傷に至るメカニズムを解明するために、蛍石型結晶であるCeO$$_{2}$$を対象とした計算シミュレーションを行った。照射に伴う原子変位プロセスは高速であり、分子動力学法による計算シミュレーションは有効な研究手法である。具体的には、高エネルギー粒子を照射したCeO$$_{2}$$単結晶について、粒子の軌跡に沿って高密度のエネルギーが付与される初期条件を想定して、数pico秒の間に結晶構造がどのように変化するのかを分子動力学法による計算シミュレーションにより調べた。付与されたエネルギーが、蛍石型結晶中の原子の運動エネルギーに変換され、sub-pico秒の間に(エネルギーを付与した領域が)アモルファス化し、さらに数pico秒後には結晶性が急速に回復するふるまいが、CeO$$_{2}$$について観測された。動径分布関数の時間依存性解析を行い、いったん短距離秩序の消失した状態(アモルファス状態)が、さらに時間が進み数pico秒後には急速に結晶回復する挙動が、動径分布関数のピークの復元の観点からも確認できた。UO$$_{2}$$の動径分布関数変化と比較すると、UO$$_{2}$$よりもCeO$$_{2}$$の方が回復の度合いが高いことが示唆された。

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