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論文

Analysis of ion-irradiation induced lattice expansion and ferromagnetic state in CeO$$_{2}$$ by using Poisson distribution function

山本 優輝*; 石川 法人; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Quantum Beam Science (Internet), 4(3), p.26_1 - 26_13, 2020/09

CeO$$_{2}$$セラミックスに高エネルギーイオン(200MeV Xeイオン)照射を行うと格子膨張及び強磁性の変化が起きる。イオントラック損傷の寸法で記述できるポアッソン分布関数を利用すると、それらの変化の照射量依存性がうまく記述でき、容易に予測できるようになることを示した。具体的には、ポアッソン分布関数を利用すると、イオントラックの寸法が決定できること、また、高照射量領域でのイオントラックのオーバーラップ効果も直感的に理解できるようになる。また照射によって発現する強磁性のふるまいも、同じ枠組みで理解できるようになることを示し、物性変化に対しても応用可能である利点を提示した。

論文

Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of Ni$$_{3}$$Nb and Ni$$_{3}$$Ta intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:31.31(Materials Science, Multidisciplinary)

Ni$$_{3}$$Nb及びNi$$_{3}$$Ta金属間化合物に対して、1-200MeVの広範囲のエネルギーのイオン(He-Au)を照射して、照射効果のイオン種依存性とエネルギー依存性を、斜入射X線回折とX線吸収微細構造分析を利用して系統的に調べた。どちらも、照射量レベルは異なるものの、イオン照射によって秩序構造の結晶構造から非晶質構造に変態することが分かった。また、そのような照射効果を決定づけるのは、弾性衝突に伴う材料への付与エネルギーであることが判明した。

論文

Lattice structure transformation and change in surface hardness of Ni$$_3$$Nb and Ni$$_3$$Ta intermetallic compounds induced by energetic ion beam irradiation

小島 啓*; 吉崎 宥章*; 金野 泰幸*; 千星 聡*; 堀 史説*; 齋藤 勇一; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 372, p.72 - 77, 2016/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:71.87(Instruments & Instrumentation)

複雑な結晶構造を示す金属間化合物Ni$$_3$$Nb and Ni$$_3$$Taを、室温で16MeV Au$$^{5+}$$を使い照射した。X線回折測定の結果、これらの金属間化合物の構造が、照射によって、秩序型構造からアモルファス状態へと変化したことが分かった。照射によるアモルファス化により、ビッカース硬度が上昇した。これらの結果は、以前得られたNi$$_3$$AlおよびNi$$_3$$Vの結果と比較し、試料固有の構造の点から議論された。

論文

Hardness modification of Al-Mg-Si alloy by using energetic ion beam irradiation

植山 大地*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 大村 孝仁*; 千星 聡*; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 351, p.1 - 5, 2015/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.75(Instruments & Instrumentation)

We have irradiated Al-Mg-Si alloy with 5.4 MeV-16 MeV several ion species at room temperature so far, and have found that ion irradiation is a useful tool for controlling the surface hardness for the alloy. In the present study, we tried several experiments as some applications of ion beam irradiation for hardness modifications of the alloy. Main results are as follows; (1) the combination of ion beam irradiation and the subsequent thermal aging are effective for the hardness modification of the alloy, and (2) designated regions and areas of the specimen can be hardened by changing the energy of ion beam and producing the irradiated area and unirradiated area of the surface. Then, we can expand the possibility of the ion beam irradiation as a new process for the three-dimensional hardness modification of Al-Mg-Si alloy.

論文

Hardening induced by energetic electron beam for Cu-Ti alloys

植山 大地*; 千星 聡*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 西田 憲二*; 曾根田 直樹*; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Japanese Journal of Applied Physics, 53(5S1), p.05FC04_1 - 05FC04_5, 2014/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:26.55(Physics, Applied)

MeVエネルギー領域の荷電粒子ビーム照射による金属表面の改質に関する研究を行っている。これまでに、イオンビーム照射により熱時効した金属の表面の硬度が向上することを明らかにした。今回、電子線照射による表面硬度の変化を調べた。大きさが10$$times$$10$$times$$0.25mm$$^3$$のCu-Ti合金の試料について熱時効処理のみのものと、熱時効しながら試料を突き抜ける2MeVの電子ビーム照射(8.0$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^2$$)したものの表面硬度を比較した。その結果、熱時効処理だけの試料に比べて、電子ビーム照射したものは表面及び裏面とも4倍程度の高度の向上が得られた。これにより、電子線照射は金属試料全体の硬度向上に有用な手段であることを明らかにした。

論文

Irradiation effect of swift heavy ion for Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$ bulk glassy alloy

小野寺 直利*; 石井 顕人*; 石井 康嗣*; 岩瀬 彰宏*; 横山 嘉彦*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 薮内 敦*; 堀 史説*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.122 - 124, 2013/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:29.69(Instruments & Instrumentation)

金属ガラスには転位や点欠陥が存在せず、そのため自由体積の制御によって機械的特性が大きく変化することが指摘されている。自由体積の変化を陽電子寿命の測定により評価することができる。Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$において重イオン照射に伴う自由体積の変化を陽電子消滅法により調べた。その際、系統的にイオン種,イオンエネルギーを変えて、自由体積の減少と阻止能(イオンから試料へのエネルギー伝達の線密度)との関係を解析した。その結果、陽電子寿命の減少が、核的阻止能(弾性衝突に伴うエネルギー伝達)ではなく、電子的阻止能(試料中の電子系へのエネルギー伝達)に対応して変化していることがわかり、電子系へのエネルギー伝達が自由体積の減少を引き起こしていることが示唆された。

論文

Change in magnetic properties induced by swift heavy ion irradiation in CeO$$_{2}$$

清水 浩貴*; 小杉 晋也*; 田原 佑規*; 安永 和史*; 金田 保則*; 石川 法人; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 286, p.291 - 294, 2012/09

 被引用回数:25 パーセンタイル:89.76(Instruments & Instrumentation)

非磁性酸化物CeO$$_{2}$$への高速重イオン(200MeV Xe)照射によって、強磁性が発現することを初めて突き止めた。照射量増加に伴い、系統的に飽和磁化が変化することがわかった。発現した強磁性の起源を推定するために、照射試料についてXRD(X線回折)測定,XPS(X線光電子分光)測定を行った。その結果、照射によってCeO$$_{2}$$中の酸素欠損が増加することが示唆された。酸素欠損の形成に伴って、Ce$$^{4+}$$がCe$$^{3+}$$に変化することによって、Ceの局在化した4f電子が磁気モーメントに寄与するプロセスを提案し、合理的に現象を説明できることを示した。本研究は、原子力機構の施設供用制度に基づいて行われた成果である。

論文

Study on effects of energetic ion irradiation in Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$-doped CeO$$_{2}$$ by means of synchrotron radiation X-ray spectroscopy

田原 佑規*; 清水 浩貴*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 277, p.53 - 57, 2012/04

可燃毒の添加による核燃料酸化物の照射影響の変化を調べることを目的として、核燃料模擬物質(CeO$$_{2}$$)にGd$$_{2}$$O$$_{3}$$を添加した試料にイオン照射し、照射後の局所構造変化を放射光X線分光法により評価した。Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加量の増加に伴い照射損傷が顕著になる傾向が見られ、Ceと異なる配意数を持つGdの添加による局所構造の乱れが耐照射性劣化を引き起こしていることが示唆された。

論文

Study on effects of energetic ion irradiation in Gd$$_2$$O$$_3$$-doped CeO$$_2$$ by means of synchrotron radiation X-ray spectroscopy

田原 佑規*; 清水 浩貴*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 277, p.53 - 57, 2012/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:58.08(Instruments & Instrumentation)

核燃料のガドリニアのドープ効果と核分裂生成物元素の高エネルギー照射効果を、セリアを使い調べた。照射実験では、200MeVのXe$$^{14+}$$イオンを照射し、照射効果を広域X線吸収微細構造(EXAFS)法を使いその影響を評価した。照射によって、第1近接Ce-OとCe-Ceの距離が長くなり、その傾向はガドリニアをドープしたもので顕著になった。デバイワーラー因子も照射により大きくなった。ただし、ガドリニアのドープによるデバイワーラー因子への影響は小さかった。

論文

Hardness modification of aluminum-alloys by means of energetic ion irradiation and subsequent thermal aging

光田 智昭*; 小林 一平*; 小杉 晋也*; 藤田 直樹*; 齋藤 勇一; 堀 史説*; 千星 聡*; 金野 泰幸*; 西田 憲二*; 曽根田 直樹*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 272, p.49 - 52, 2012/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:53.66(Instruments & Instrumentation)

So far, we have found that the hardness of Al-Cu-Mg alloy (JIS2017, Duralumin) increases by energetic heavy ion irradiation at room temperature. Observations by using the three-dimensional atom probe (3DAP) have revealed that nano-meter sized precipitates are homogeneously distributed in the irradiated specimens, which are produced through the irradiation enhanced diffusion of solute atoms. The small precipitates contribute to the increase in hardness. In this report, we show the results for the hardness modification of Al-Cu-Mg alloy by the combination of energetic ion irradiation and thermal aging treatment. The hardness of the specimens pre-irradiated and thermally aged at 423 K is much larger than that without the pre-irradiation. The present result indicates that the combination of energetic ion irradiation and subsequent thermal aging can be used as an effective tool for the hardness modification of Al-Cu-Mg alloy.

論文

Study on Au cluster ion irradiation effects for Fz-Si single crystal by using slow positron beam

堀 史説*; 河裾 厚男; 齋藤 勇一; 岩瀬 彰宏*

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 154, 2012/01

Doppler broadening S-parameter measurements have been performed to study Au cluster ion irradiation effects on Fz-Si single crystals by using slow positron beam apparatus. As a result, the depth profile of Doppler broadening S-parameter clearly shows that vacancy type defects are introduced in both irradiation cases, but different types of defects, such as gold-vacancy and vacancy-impurity complexes, are produced in Fz-Si by Au and Au cluster ion irradiation.

論文

Study on defects in H$$^+$$ ion implanted B2 type Fe-Al alloy using slow positron beam

駒形 栄一*; 河裾 厚男; 薮内 敦*; 前川 雅樹; Batchuluun, C.*; 安田 啓介*; 石神 龍哉*; 久米 恭*; 岩瀬 彰宏*; 堀 史説*

Physics Procedia, 35, p.75 - 79, 2012/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:64.41

鉄(48重量%)-アルミニウム合金に室温で水素イオンを3$$times$$10$$^{16}$$及び1$$times$$10$$^{18}$$/cm$$^2$$注入した試料を作成した。これらの合金に対し、低速陽電子ビームを用いて0.2$$sim$$30.2keVのエネルギー範囲においてドップラー広がり測定と陽電子消滅寿命測定を行った。水素イオンの照射により、陽電子消滅Sパラメータが減少した。また陽電子消滅寿命も減少した。これらの結果は、打ち込まれた水素原子は空孔型欠陥に捕獲されていることを示している。

論文

Study on effects of swift heavy ion irradiation on the crystal structure in CeO$$_{2}$$ doped with Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$

田原 佑規*; Zhu, B.-L.*; 小杉 晋也*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(9), p.886 - 889, 2011/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:76.2(Instruments & Instrumentation)

反応度寿命の制御などを目的とした可燃性毒物の添加が、酸化物燃料の耐照射性に与える影響を調べるために、添加量,照射量などのパラメータを系統的に変化させて、基礎的な照射損傷データを取得した。具体的には、Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加したCeO$$_{2}$$において、高エネルギーイオン(200-MeV Xe)照射に伴う結晶構造変化をX線回折法及びX線吸収微細構造解析法によって調べた。その結果、イオン照射に伴う格子膨張や原子配置の乱れで定義される照射損傷は、Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$添加量の増加によってより顕著になることが明らかになった。

論文

Effect of high temperature annealing on ferromagnetism induced by energetic ion irradiation in FeRh alloy

小杉 晋也*; 藤田 直樹*; 松井 利之*; 堀 史説*; 齋藤 勇一; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(9), p.869 - 872, 2011/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:62.21(Instruments & Instrumentation)

FeRh合金において高エネルギーイオン(10-MeV I)照射によって誘起された強磁性状態が、高温焼鈍によってどのように変化するかを超伝導量子干渉計を利用して系統的に調べた。さらにX線吸収微細構造解析法によって原子の局所構造変化を観測し、照射によって変化した磁性と原子配列との相関関係について解析した。その結果、FeRh合金においてイオン照射に伴って誘起された強磁性信号は、300-500$$^{circ}$$C程度の焼鈍によって急激に消滅し、この温度域においては強磁性状態が非常に不安定であることがわかった。この温度域では、照射後の(準安定な)結晶構造も不安定であることがX線吸収微細構造解析法においても裏付けられ、イオン照射による強磁性の発現と特有な結晶構造変化との相関が高いことを証明した。

論文

Study on ion-irradiation-induced ferromagnetism in FeRh intermetallic compound by means of magnetic Compton scattering

小杉 晋也*; 松井 利之*; 石川 法人; 伊藤 真義*; 桜井 吉晴*; 愛甲 一馬*; 清水 浩貴*; 田原 佑規*; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Journal of Applied Physics, 109(7), p.07B737_1 - 07B737_3, 2011/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:33.93(Physics, Applied)

FeRh金属間化合物に高エネルギーイオン(200MeV Xe)照射することによって発現した強磁性状態の起源を調べるために、SPring-8において磁気コンプトン散乱のプロファイルを照射後試料について測定し、SQUID磁束計の磁気測定結果と比較した。磁気コンプトン散乱が電子スピンモーメントのみを検出することを考慮して解析した結果、イオン照射によって誘起される強磁性は、軌道磁気モーメント由来ではなく、スピン磁気モーメント由来であることがわかった。

論文

Determination of threshold energies for displacements of Fe and Rh atoms in Fe-50 at.%Rh intermetallic compound by using energetic electron irradiation at low temperatures

小杉 晋也*; 石川 法人; 齋藤 勇一; 堀 史説*; 岩瀬 彰宏*

Journal of Nuclear Materials, 411(1-3), p.171 - 173, 2011/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:20.43(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe-50at.%Rh金属間化合物において電子線照射やイオン照射に伴って反強磁性から強磁性に転移する現象を発見し、以後その起源の解明を目標として研究を行っている。本研究では、Fe-50at.%Rh金属間化合物において高エネルギー電子線照射に伴う電気抵抗率変化を(熱による格子欠陥消滅を排除できる低温の)10Kで測定し、0.5から2.0MeVの範囲で電気抵抗率変化の電子線エネルギー依存性を解析した。その結果、ターゲット原子のはじき出し閾エネルギーは、Feについては30eV、Rhについては45eVと決定することができた。この結果によって、より定量的な照射欠陥制御及び磁性制御が可能になった。

論文

Hardening of Al-Cu-Mg alloy by energetic ion irradiation

光田 智昭*; 小林 一平*; 小杉 晋也*; 藤田 直樹*; 齋藤 勇一; 堀 史説*; 千星 聡*; 金野 泰幸*; 西田 憲二*; 曽根田 直樹*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 408(2), p.201 - 204, 2011/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:65.84(Materials Science, Multidisciplinary)

We irradiated Al-Cu-Mg alloy with 10 MeV iodine ions at room temperature and measured the surface microhardness. We analyzed the microstructure using a three-dimensional atom probe. Irradiation for 3.5 h led to an increase in hardness comparable to that obtained after 4 days of aging at 423 K. Precipitates of about 2.9 nm in diameter were distributed homogeneously over the irradiated region. The nanometer-sized precipitates produced by the irradiation caused a remarkable increase in hardness.

論文

A Study of defects in electron- and ion-irradiated ZrCuAl bulk glassy alloy using positron annihilation techniques

堀 史説*; 小野寺 直利*; 福本 由佳*; 石井 顕人*; 岩瀬 彰宏*; 河裾 厚男; 薮内 敦; 前川 雅樹; 横山 嘉彦*

Journal of Physics; Conference Series, 262, p.012025_1 - 012025_4, 2011/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:83.4

200MeV又は2.5MeVのXeイオン,180keVのHeイオン、及び2MeV電子線をそれぞれ室温で照射したZr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$バルク金属ガラス中の自由体積変化について陽電子消滅法を用いて調べた。X線回折測定の結果、いずれの試料においても照射による結晶化は確認されなかった。陽電子寿命測定の結果、電子線照射試料及びHeイオン照射試料では陽電子寿命値の増大が観測された一方で、重イオンであるXeイオン照射試料では陽電子寿命値の減少が観測された。金属ガラスの陽電子寿命値の減少は構造緩和又は結晶化を示唆するものであるが、本研究試料では結晶化は確認されていない。したがって、Xeイオン照射試料の陽電子寿命値の減少は照射粒子から与えられたエネルギーにより生じた構造緩和に起因するものであると考えられる。一方で、軽イオンであるHeイオン照射試料では照射損傷領域において自由体積の増大を示す陽電子消滅$$gamma$$線ピーク強度の増大が観測されたことから、ZrCuAlバルク金属ガラスへの照射効果は照射粒子の1粒子あたりの原子弾き出し数の違いに依存することを見いだした。

論文

Free volume in Zr-based bulk glassy alloys studied by positron annihilation techniques

石井 顕人*; 岩瀬 彰宏*; 横山 嘉彦*; 今野 豊彦*; 河裾 厚男; 薮内 敦; 前川 雅樹; 堀 史説*

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012020_1 - 012020_6, 2010/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:87.1

ジルコニウム基金属ガラスの強度特性と自由体積の相関を解明する目的で、ジルコニウム組成比を系統的に変化させた試料について、陽電子消滅測定を行った。共晶点を超える組成の試料について得られた陽電子寿命は共晶試料のそれとほとんど同じであったが、消滅$$gamma$$線ドップラー拡がりスペクトルは異なることが明らかになった。これは陽電子が消滅する自由体積部におけるジルコニウム組成が、共晶試料よりも高いことを示している。さらに自由体積の局所構造も異なることが示唆された。

論文

Characterization of swift heavy ion-induced defects in Fe-Rh alloy by using positron beam technique

堀 史説*; 福住 正文*; 河裾 厚男; 図子 善大*; 知見 康弘; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*

Physica Status Solidi (C), 4(10), p.3530 - 3533, 2007/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

最近われわれはB2型のFe-Rh合金への100-200MeVの重イオン照射により反磁性-強磁性転移温度が低下することを見いだした。200MeVのXeイオンの通過に伴い表層付近に発生する欠陥を陽電子ビームを用いたドップラー拡がり測定により評価した。ドップラー拡がりスペクトルのSパラメータは照射量とともに増大し、照射量が5E+12 ions/cm$$^{2}$$で飽和することが明らかになった。これより原子空孔の濃度を評価したところ、TRIMシミュレーションから期待されるよりも、極めて低いことがわかった。この結果から、アンチサイト型欠陥が主要な欠陥であり、強磁性状態を安定化させるものと解釈できる。

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