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報告書

平成29年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング(受託研究)

普天間章; 眞田幸尚; 岩井毅行*; 瀬口栄作; 松永祐樹*; 河端智樹; 豊田政幸*; 飛田晋一朗*; 平賀祥吾*; 佐藤一彦*; et al.

JAEA-Technology 2018-016, 98 Pages, 2019/02

JAEA-Technology-2018-016.pdf:18.64MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。福島で培った航空機モニタリングの技術を原子力発電所事故時の対応技術として適用するために、全国の発電所周辺のバックグラウンドモニタリングを実施した。2017年度は泊発電所, 柏崎刈羽原子力発電所および玄海原子力発電所周辺について実施した。ここでは、その結果および実施によって抽出された技術的課題についてまとめる。

報告書

平成29年度原子力発電所周辺における航空機モニタリング(受託研究)

普天間章; 眞田幸尚; 石崎梓; 岩井毅行*; 瀬口栄作; 松永祐樹*; 河端智樹; 豊田政幸*; 飛田晋一朗*; 平賀祥吾*; et al.

JAEA-Technology 2018-015, 120 Pages, 2019/02

JAEA-Technology-2018-015.pdf:15.01MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。ここでは、平成29年度に実施した福島第一原子力発電所周辺におけるモニタリング結果についてまとめた。過去の福島第一原子力発電所周辺におけるモニタリング結果から線量率の変化量を評価し、変化量に寄与する要因について考察した。また、これまで課題となっていた空気中のラドン子孫核種の弁別手法の開発およびシステム化を行い、実際の測定結果に本手法を適用して、空気中のラドン子孫核種の測定に与える影響について評価した。さらに、複数のGPS受信機用いて同時にデータ取得することによって、位置測定誤差による解析結果への影響評価を行った。

報告書

平成28年度緊急時対応技術適用のためのバックグラウンド航空機モニタリング(受託研究)

眞田幸尚; 森愛理; 岩井毅行; 瀬口栄作; 松永祐樹*; 河端智樹; 豊田政幸*; 飛田晋一朗*; 平賀翔吾; 佐藤義治; et al.

JAEA-Technology 2017-035, 69 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-035.pdf:32.92MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。福島で培った航空機モニタリングの技術を原子力発電所事故時の対応技術として適用するために、全国の発電所周辺のバックグラウンドモニタリングを実施した。2016年度は、大飯・高浜原子力発電所及び伊方原子力発電所周辺について実施した。ここでは、その結果及び実施によって抽出された技術的課題についてまとめる。

報告書

平成28年度原子力発電所周辺における航空機モニタリング(受託研究)

眞田幸尚; 森愛理; 岩井毅行; 瀬口栄作; 松永祐樹*; 河端智樹; 豊田政幸*; 飛田晋一朗*; 平賀翔吾; 佐藤義治; et al.

JAEA-Technology 2017-034, 117 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-034.pdf:25.18MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。ここでは、平成28年度に実施した福島第一原子力発電所周辺におけるモニタリング結果についてまとめた。福島第一原子力発電所周辺におけるモニタリング結果は、過去の測定結果からの線量率の変化量を評価し、変化量に寄与する要因について考察した。また、これまで課題となっていた空気中のラドン子孫核種の弁別手法の開発を行い、実際の測定結果に手法を適用して、空気中のラドン子孫核種の測定に与える影響について評価した。さらに、複数の性能の異なったGPSを同時にデータ取得することによって、位置測定誤差による解析結果への影響評価を行った。

報告書

平成27年度原子力発電所周辺における航空機モニタリング(受託研究)

眞田幸尚; 宗像雅広; 森愛理; 石崎梓; 嶋田和真; 廣内淳; 西澤幸康; 卜部嘉; 中西千佳*; 山田勉*; et al.

JAEA-Research 2016-016, 131 Pages, 2016/10

JAEA-Research-2016-016.pdf:20.59MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。事故直後より、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が適用されている。ここでは、平成27年度に実施した福島第一原子力発電所周辺におけるモニタリング結果と川内原子力発電所周辺で行ったバックグラウンド線量率のモニタリング結果についてまとめた。

論文

Temperature of thermal spikes in amorphous silicon nitride films produced by 1.11 MeV C $_{60}^{3+}$ impacts

北山巧*; 中嶋薫*; 鈴木基史*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 松田誠; 左高正雄*; 辻本将彦*; 磯田正二*; 木村健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.183 - 186, 2015/07

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.11.002

被引用回数：2 パーセンタイル：17.57(Instruments & Instrumentation)

According to an inelastic-thermal-spike (i-TS) model, which is regarded as the most promising among several models proposed to explain the formation of an ion track, a part of the energy deposited to electrons in a solid by a swift heavy ion is gradually transferred to target atoms via electron-phonon coupling. The temperature of target atoms rises along the ion path and consequently an ion track is formed when the temperature exceeds the melting point. Therefore, the temperature of target atoms along the ion path is regarded as a key parameter for the i-TS model; however, such a spatiotemporally-localized temperature is difficult to measure because the processes involved occur in a very short period ( 10 $^{-10}$ s) and in a very localized area. In this study, the temperature of target atoms along the ion path is estimated experimentally with transmission-electron-microscope (TEM) observation of desorption of Au nanoclusters (the melting point 1300 K) on an amorphous Si $_{3}$ N $_{4}$ thin film under 1.1-MeV C $_{60}^{3+}$ -ion irradiation to the fluence of 510 $^{10}$ ions/cm $^{2}$ . TEM images show that Au nanoclusters, deposited at the areal density of 1.1610 $^{12}$ particles/cm $^{2}$ , disappear in a surface area with a diameter of 20 nm around each ion track, whose diameter is 4 nm, after irradiation. This indicates that the temperature at the film surface rises locally to at least 1300 K by the ion bombardment.

論文

Sputtering of SiN films by 540 keV C $_{60}$ $^{2+}$ ions observed using high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy

中嶋薫*; 森田陽亮*; 北山巧*; 鈴木基史*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 辻本将彦*; 磯田正二*; 藤居義和*; 木村健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.117 - 121, 2014/08

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.042

被引用回数：7 パーセンタイル：48.36(Instruments & Instrumentation)

Our previous observation that an impact of sub-MeV C $_{60}$ ion makes an ion track in a thin amorphous silicon nitride (a-SiN) film suggests emission of thousands of atoms from the cylindrical region. Sputtering yields of a-SiN films by C $_{60}$ ions were evaluated in order to confirm this observation. A-SiN films deposited on Si(001) were irradiated with 540-keV C $_{60}$ $^{2+}$ ions at fluences from 2.510 $^{11}$ to 110 $^{14}$ ions/cm $^{2}$ . The compositional depth profiles of the irradiated samples were measured with high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy, and the sputtering yields were estimated at 3900 500 N atoms/ion and 1500 1000 Si atoms/ion. The sputtering yield of N was two orders of magnitude larger than the elastic sputtering yield by the SRIM code or than the measured electronic sputtering yield of a-SiN by 50-MeV Cu ions previously reported. Such a large sputtering yield cannot be explained either by the elastic sputtering or by the electronic sputtering. However, an estimation of the synergistic effect based on the inelastic thermal spike model roughly explains the observed large sputtering yield, indicating that the synergistic effect of the nuclear and electronic stopping powers plays an important role.

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化,2; NUMO-JAEA共同研究報告書(2012年度)(共同研究)

柴田雅博; 澤田淳; 舘幸男; 早野明; 牧野仁史; 若杉圭一郎; 三ツ井誠一郎; 小田治恵; 北村暁; 大澤英昭; et al.

JAEA-Research 2013-037, 455 Pages, 2013/12

JAEA-Research-2013-037.pdf:42.0MB

原子力機構(JAEA)及び原子力発電環境整備機構(NUMO)は、平成24年度に引き続き、JAEAがこれまで蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後行う精密調査地区の選定等の処分事業に直接適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくことを目的として、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて検討した。(1)水理の観点からみた母岩の適性を評価する方法に関する検討については、平成24年度に引き続き、結晶質岩を対象とした地下水移行時間の評価ツリーを拡充するとともに、新たに堆積岩を対象とした評価ツリーを作成した。(2)シナリオの構築に関する検討については、平成24年度の状態設定手順を実務的な観点から見直し、緩衝材を対象として試行した。また、安全機能への不確実性の影響について解析的検討を行った。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討については、母岩の分配係数を対象に、国内外の事例調査をもとに複数の条件変換手法を含む設定手法を整理し、堆積岩及び花崗岩への適用を通じ妥当性や課題を確認した。さらに、溶解度について、溶解度制限固相の決定を含む設定手法を検討し、主要核種への適用を通じ妥当性や課題を確認した。

論文

Surface effect on ion track formation in amorphous Si $_{3}$ N $_{4}$ films

森田陽亮*; 中嶋薫*; 鈴木基史*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 石川法人; 北條喜一; 辻本将彦*; 磯田正二*; 木村健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.142 - 145, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.03.043

被引用回数：13 パーセンタイル：69.61(Instruments & Instrumentation)

Thin films of amorphous Si $_{3}$ N $_{4}$ (thickness 5-30 nm) were irradiated with 360-720 keV C $_{60}$ $^{2+}$ ions in order to investigate ion track formation. Ion tracks were observed with transmission electron microscopy (TEM) and high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM). The length and the radial density profile of the track were measured for various combinations of the film thickness and the energy of C $_{60}$ $^{2+}$ ions. The length of the ion track produced in a 30-nm film was found shorter than that in a 20-nm film for the same projectile energy, which indicates that there is surface effect on track formation. This can be qualitatively understood in terms of the energy dissipation process. The observed radial density profile also depends on the film thickness: The apparent density reduction increases with decreasing film thickness. The result can be explained by surface cratering.

論文

Direct observation of fine structure in ion tracks in amorphous Si $_{3}$ N $_{4}$ by TEM

中嶋薫*; 森田陽亮*; 鈴木基史*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 石川法人; 北條喜一; 辻本政彦*; 磯田正二*; 木村健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 291, p.12 - 16, 2012/11

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.09.007

被引用回数：15 パーセンタイル：73.47(Instruments & Instrumentation)

非晶質Si $_{3}$ N $_{4}$ 薄膜(厚さ20nm)に120-720keV C $_{60}$ $^{+, 2+}$ イオンを照射し、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。その結果、結晶性材料と違って像にコントラストがつきにくい非晶質材料中に形成されたイオントラックをTEMで直接観測できた。さらに、定量的な解析のため、高角散乱環状暗視野走査透過型顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いてイオントラックを観察した。その結果、イオントラックの構造は低密度コア(半径約2.5nm)と高密度シェル(幅約2.5nm)からなり、高エネルギー重イオン照射によって非晶質SiO $_{2}$ 中に形成されたイオントラックを小角X線散乱法(SAXS)で観察した結果とよく似ていることがわかった。観測されたイオントラックは表面効果の影響を受けている可能性があるものの、今回の結果は、TEMとHAADF-STEMが非晶質材料中のイオントラックの微細構造を直接観察できることを示すものである。

報告書

概要調査段階における設計・性能評価手法の高度化; NUMO-JAEA共同研究報告書(2011年度)(共同研究)

柴田雅博; 澤田淳; 舘幸男; 牧野仁史; 早野明; 三ツ井誠一郎; 谷口直樹; 小田治恵; 北村暁; 大澤英昭; et al.

JAEA-Research 2012-032, 298 Pages, 2012/09

JAEA-Research-2012-032.pdf:33.68MB

原子力機構(JAEA)と原子力発電環境整備機構(NUMO)は、概要調査段階における処分場の設計・性能評価に関連する主要な技術テーマについて、原子力機構が蓄積してきた技術やノウハウを、NUMOが今後の処分事業に適用できるよう、実施主体の視点に沿って実用化を図っていくための具体的な考え方と進め方を策定するとともに、必要な開発課題と今後の計画を明らかにすることを目的として、2011年度に共同研究を実施した。実施テーマと概要は以下の通り。(1)対象母岩の選定に関する検討:母岩特性のうち水理に着目し、母岩特性を評価するための項目、及び地下水移行時間の評価手法について、地質環境の調査・評価と関連付けたうえで整理した。(2)シナリオの構築に関する検討:シナリオ構築手順を具体化するとともに、ガラス固化体の溶解と核種の浸出、オーバーパックの腐食、緩衝材の長期変遷について、現象理解に関する最新の知見を構造的に整理した。(3)核種移行パラメータの設定に関する検討:緩衝材の分配係数と拡散係数、母岩の分配係数を対象として、パラメータ設定の方法論を検討し、その方法論に従った試行を行った。(4)知識情報の品質確保に関する検討:知識情報の品質を確保するための考え方や手法を、(2)シナリオの構築で検討した状態設定に対する論拠に関する情報を例として検討した。

報告書

Information basis for developing comprehensive waste management system; US-Japan Joint Nuclear Energy Action Plan Waste Management Working Group Phase I report (Joint research)

油井三和; 石川博久; 渡邊厚夫*; 吉野恭司*; 梅木博之; 日置一雅; 内藤守正; 瀬尾俊弘; 牧野仁史; 小田治恵; et al.

JAEA-Research 2010-015, 106 Pages, 2010/05

JAEA-Research-2010-015.pdf:13.58MB

本報告書は日米原子力エネルギー共同行動計画廃棄物管理ワーキンググループのフェーズIの活動をまとめたものである。このワーキンググループでは、日米両国間の既存の技術基盤を集約するとともに、今後の協力内容を共同で策定することに主眼を置いている。第一に、両国における核燃料サイクルに関する政策的及び規制の枠組みを概観するとともに、さまざまな先進燃料サイクルシナリオの調査を行い、これらを取りまとめた。第二に、廃棄物管理及び処分システムの最適化について議論を行った。さまざまな区分の廃棄物を対象とした処分システム概念のレビューを行うとともに、最適化において検討すべき要因について議論を行った。これらの作業を通じ、最適化に関する潜在的な協力可能分野と活動の抽出を行った。

論文

Site determination of the binary metal adsorbates on a single crystalline surface by means of the transmission channeling technique

森田健治*; 石川大*; 柚原淳司*; 中村大輔*; 曽田一雄*; 山本春也; 鳴海一雅; 楢本洋; 斉藤和雄*

JAERI-Review 99-025, TIARA Annual Report 1998, p.179 - 181, 1999/10

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Review-99-025.pdf

イオン注入と化学エッチングにより作成したSi(111)自己支持薄膜に、Au及びAgを1原子層程度蒸着後、6MeV $^{7}$ Liイオン等を入射させ、透過チャネリング解析を行った。その結果、以下の結論を得た。(1)Au原子は、Si(111)原子列から0.83離れた位置にあり、Si(111)-22 (Au, Ag)構造をとっている可能性が高い。(2)Ag原子については、2つの可能性がある。1つはチャネリング軸の中心であり、もう一方は軸からずれた成分である。しかしその割合等は、本実験だけでは決定できない。

口頭

中性子ラジオグラフィによる閉鎖式燃料電池システムの発電時可視化

百留忠洋*; 吉田弘*; 月岡哲*; 青木太郎*; 飯倉寛; 野島健大; 安田良; 酒井卓郎; 松林政仁; 前川康成; et al.

no journal, ,

海洋研究開発機構(JAMSTEC)では、航続距離が数千キロ規模の次世代巡航型無人探査機開発のために閉鎖型燃料電池等の研究開発を行っている。原子力機構は共同研究として量子ビームを用いた架橋・グラフト重合技術を用いて発電効率及び耐久性に優れた電解質膜の開発並びに閉鎖環境における発電状態を把握するために中性子ラジオグラフィによりナフィオン膜を用いた燃料電池セルの発電状態での生成水の挙動を可視化する実験を担当している。開発膜の性能評価では、高分子基材をグラフト重合化した膜が燃料電池システムで使用可能であることが示唆された。また、2種類の膜のうち、全炭化水素系膜の方が適していることが確認できた。中性子ラジオグラフィによる可視化実験の結果では、発電中の生成水の挙動が確認でき、飽和水発生に伴う発電量低下の状態が確認できた。

口頭

数百keV C $_{60}$ イオン照射によって形成された非晶質Si $_{3}$ N $_{4}$ 薄膜中のイオントラックのTEM観察

森田陽亮*; 中嶋薫*; 鈴木基史*; 木村健二*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 辻本政彦*; 磯田正二*

no journal, ,

非晶質Si $_{3}$ N $_{4}$ 薄膜に120-720keV C $_{60}$ $^{+}$ , C $_{60}$ $^{2+}$ イオンを照射し、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。その結果、非晶質材料中に形成されたイオントラックを初めてTEMで直接観察した。さらに、定量的な解析のため、高角散乱環状暗視野走査透過型電子顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いてイオントラックを観測した。観測されたイオントラックは低密度コア(半径4nm)と高密度シェル(幅4nm)からなり、高エネルギー重イオン照射によって非晶質SiO $_{2}$ 中に形成されたイオントラックを小角X線散乱法(XAXS)で観測した結果とよく似ている。このことは、材料・照射イオン種によらず、コア-シェル構造が非晶質材料中に形成されるイオントラックの普遍的な特徴であることを示唆する。観測されたイオントラックの半径は、今回のエネルギー領域(電子的阻止能は急激に増大するが、核的阻止能は減少する)では入射イオンのエネルギーにほとんど依存しなかった。このことは、核的阻止能もまたイオントラック形成にかかわり、電子的阻止能よりもその効果が高いことを示す。

口頭

Direct observation of fine structure in ion tracks in amorphous thin films by TEM

森田陽亮*; 中嶋薫*; 鈴木基史*; 木村健二*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 石川法人; 北條喜一; 辻本政彦*; 磯田正二*

no journal, ,

非晶質Si $_{3}$ N $_{4}$ 薄膜に120-720keV C $_{60}$ $^{+}$ , C $_{60}$ $^{2+}$ イオンを照射し、非晶質材料中に形成されたイオントラックを透過型電子顕微鏡(TEM)で直接観測した。さらに、定量的な解析のため、高角散乱環状暗視野走査透過型顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いてイオントラックを観測した。その結果、イオントラックの構造は低密度コア(半径約2.5nm)と高密度シェル(幅約2.5nm)からなり、高エネルギー重イオン照射によって非晶質SiO $_{2}$ 中に形成されたイオントラックを小角X線散乱法(SAXS)で観測した結果とよく似ていることがわかった。このことは、材料と照射イオン種によらず、コア-シェル構造が非晶質材料中に形成されるイオントラックの普遍的な特徴であることを示唆する。また、イオントラック半径の観測から、今回のエネルギー領域では、核的阻止能もまたトラック形成にかかわり、電子的阻止能よりも効果が高いことが見いだされた。

口頭

非晶質Si $_{3}$ N $_{4}$ 薄膜中のイオントラックのHAADF-STEM観察

森田陽亮*; 中嶋薫*; 鈴木基史*; 木村健二*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 辻本政彦*; 磯田正二*

no journal, ,

物質中に形成されたイオントラックに関する研究は数多くなされているが、非晶質中に形成されたイオントラックの透過型電子顕微鏡(TEM)による直接観察は、結晶中のイオントラックとは異なり像にコントラストの差がつきにくいことから、ほとんど報告例がない。しかし、われわれのこれまでの研究で、非晶質中に形成されたイオントラックであってもTEMや高角散乱環状暗視野走査透過型顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いて直接観察することが可能であることが明らかになった。実際、試料を傾斜させて観察したTEM像からは形成されたイオントラックの長さを求めることができ、また、HAADF-STEM像からはイオントラック内の原子密度分布を知ることができる。本研究では、さまざまな厚さの非晶質Si $_{3}$ N $_{4}$ 薄膜に種々のエネルギーのC $_{60}$ イオンを照射し、イオントラックの長さやイオントラック内部の原子密度分布がどのように変化するのかを調べたので、その結果を報告する。

口頭

C $_{60}$ イオン照射によって形成された非晶質SiN薄膜中のイオントラックの膜厚依存性

中嶋薫*; 森田陽亮*; 北山巧*; 鈴木基史*; 木村健二*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 辻本将彦*; 磯田正二*

no journal, ,

物質にイオンを照射すると、入射イオンの経路やその周辺領域において物質の密度や構造が変化することがある。こうしたイオン照射痕跡をイオントラックと呼ぶ。これまでのイオントラックに関する研究は、その形成に大きなエネルギー付与を必要とするため数百MeVからGeVに及ぶ極めて高いエネルギーの重イオンを用いて行われてきた。また、イオントラックの直径などの形状観察を行う場合には、単結晶試料を使い、照射による結晶性の変化を透過型電子顕微鏡(TEM)などで観察する手法が主であった。これに対して、最近我々は数百keVのC $_{60}$ イオンを非晶質のSiN薄膜、SiO $_{2}$ 薄膜に照射(阻止能は200MeVのAuイオンの場合にほぼ相当する)し、形成されたイオントラックをTEMで直接観察することに成功した。さらに高角度暗視野走査型透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)観察により、そのイオントラックの密度が中心部で大きく低下する一方、周辺部でわずかに上昇しているコア-シェル構造であることを明らかにした。本発表では、SiN薄膜に形成されたイオントラックの長さに着目し、その膜厚に対する依存性を調べた結果、照射したC $_{60}$ イオンのエネルギーが同じでも、膜が厚いほどイオントラックが短くなる傾向が観測されたことを報告する。この傾向は、イオンが与えたエネルギーが熱化した際、膜の厚さによってトラック末端での熱伝導が異なることに起因しているものと考えられる。

口頭

透過電子顕微鏡による非晶質絶縁薄膜中のイオントラックの直接観察

中嶋薫*; 森田陽亮*; 北山巧*; 鈴木基史*; 木村健二*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 石川法人; 北條喜一; 辻本将彦*; et al.

no journal, ,

物質にイオンを照射すると、イオンの経路やその周囲の領域で物質の密度変化や構造変化が生じることがあり、物質中に形成されたこのような痕跡をイオントラックと呼ぶ。イオントラックに関する研究では、その形状や大きさ、トラック内の原子密度の分布などを知ることが課題となるため、透過型電子顕微鏡(TEM)や高角度暗視野走査型透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)などの空間的な分解能をもつ手法で観察することが望まれる。しかし、結晶性の物質中に形成されるイオントラックは結晶性の変化として捉えることができ、TEMによる直接観察が容易であるのに対して、非晶質物質中に形成されるイオントラックはTEM像にコントラストの差がつきにくいことなどから、TEMによる直接観察はほとんど試みられなかった。我々は、非晶質中に形成されるイオントラックの構造等を明らかにするために、厚さ20nmの非晶質SiN薄膜、非晶質SiO $_{2}$ 薄膜に120-720keVのC $_{60}$ $^{+}$ , C $_{60}$ $^{2+}$ イオンを照射した試料に対してTEMによる直接観察を行った。その結果、非晶質絶縁体中に形成されたイオントラックをTEMで直接観察することに初めて成功した。さらに、トラック内の密度分布を定量的に評価するためにHAADF-STEMによる観察を行い、イオントラックの中心部は密度が約20%低下し、それに対して周辺部は約12%密度が上昇していることを明らかにした。

口頭

540keV C $_{60}$ $^{2+}$ 照射による非晶質SiNのスパッタリング

北山巧*; 森田陽亮*; 中嶋薫*; 鈴木基史*; 木村健二*; 鳴海一雅; 齋藤勇一; 松田誠; 左高正雄*; 辻本将彦*; et al.

no journal, ,

サブMeV C $_{60}$ イオン照射によって非晶質SiN膜中に形成されるイオントラックの微細構造を調べる研究の過程で、C $_{60}$ イオン1個で数千個の標的原子がスパッタリングされることを示唆する実験結果を得た。そこで、この現象を詳細に調べるために、Si基板上の非晶質SiN膜(厚さ30nm)に540keV C $_{60}$ $^{2+}$ イオンを照射し、高分解能ラザフォード後方散乱(RBS)法によってそのスパッタリング収量を評価した結果、およそ5000atoms/ionであった。一方、弾性衝突によるスパッタリングを模擬するSRIMコードで計算すると約80atoms/ionである。このことは、本研究で考えるスパッタリングが単純な弾性衝突によるスパッタリングでは説明できないことを示している。また、SiNの電子的阻止能が540keV C $_{60}$ $^{2+}$ イオンに対する値(8keV/nm)よりも大きい19keV/nmの100MeV Xe $^{25+}$ によるスパッタリング収量を同様の方法で測定すると、C $_{60}$ 照射に比べて非常に小さくなり、電子的阻止能のみによる単純な電子的スパッタリングでも、540keV C $_{60}$ $^{2+}$ によるスパッタリング収量は説明できない。そこで、本発表では電子的阻止能と核的阻止能の相乗効果により説明が可能であることを議論する。