Latent ion tracks were finally observed in diamond

雨倉 宏*; Chettah, A.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; et al.

Nature Communications (Internet), 15, p.1786_1 - 1786_10, 2024/02

https://doi.org/10.1038/s41467-024-45934-4

高い電子的阻止能領域の照射条件で高エネルギー重イオンを固体に照射すると、イオンの飛跡に沿って潜在イオントラックと呼ばれる柱状の損傷領域が形成される。イオントラックは、多くの物質中で形成されていることが知られているが、ダイヤモンドにおいて観察された例は皆無であった。高エネルギー(GeV)のウランイオンにおいてさえ、観察された例はない。本研究では、2-9MeV Cフラーレンイオンを照射したダイヤモンドにおいて、初めてイオントラックが観察された。高分解能電子顕微鏡による観察により、イオントラックの内部がアモルファス化していることが示唆され、さらに、電子エネルギー損失分光法による分析によって、グラファイト由来の-結合の信号が検知された。分子動力学法に基づく計算シミュレーションで、上記の実験結果を再現することに成功した。

Irradiation effects of swift heavy ions detected by refractive index depth profiling

雨倉 宏*; Li, R.*; 大久保 成彰; 石川 法人; Chen, F.*

Quantum Beam Science (Internet), 4(4), p.39_1 - 39_11, 2020/12

https://doi.org/10.3390/qubs4040039

200MeV Xeイオンビームを照射したYAlO (YAG)の屈折率変化の深さ分布測定を行った。その結果、3mまでの浅い領域では電子的エネルギー付与に起因した屈折率変化が見られ、さらに深い6mまでの中間領域では電子的エネルギー付与と弾性衝突によるエネルギー付与の重畳効果がみられ、さらに深い13mでは弾性衝突によるエネルギー付与に起因する屈折率変化が見られた。これらの光学特性の深さ分布は、必ずしも照射損傷の量と一致しないため、損傷の質(照射で誘起される材料歪みなど)も光学特性変化に影響を及ぼしている可能性が示唆された。

Matrix-material dependence on the elongation of embedded gold nanoparticles induced by 4 MeV C and 200 MeV Xe ion irradiation

Li, R.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 優*; 津谷 大樹*; 山本 春也*; 斎藤 勇一*; 大久保 成彰; 石川 法人; Pang, C.*; et al.

Nanotechnology, 31(26), p.265606_1 - 265606_9, 2020/06

https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab7e70

材料中に埋め込まれた金ナノ粒子に4MeV Cイオンと200MeV Xeイオンを照射した時の伸長変形現象について、3つの材料(アモルファスカーボン,CaF,結晶酸化インジウムスズ(ITO))について調べ、その材料依存性を調べた。どの材料についても、イオン照射に伴って結晶性を失う傾向が見られた。ITOが、最も金ナノ粒子の変形が顕著であり、かつ照射後にもかかわらず結晶性を保っていた。結晶性の材料において金ナノ粒子の変形を報告する初めて報告例となる。

Vaporlike phase of amorphous SiO is not a prerequisite for the core/shell ion tracks or ion shaping

雨倉 宏*; Kluth, P.*; Mota-Santiago, P.*; Sahlberg, I.*; Jantunen, V.*; Leino, A. A.*; Vazquez, H.*; Nordlund, K.*; Djurabekova, F.*; 大久保 成彰; et al.

Physical Review Materials (Internet), 2(9), p.096001_1 - 096001_10, 2018/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.096001

高速重イオンを非晶質SiOに照射すると、核に低密度物質、その周りの殻に高密度物質が誘起され、核/殻状のイオントラック損傷が形成されることが知られている。この核/殻状のイオントラック損傷の形成を説明するモデルとして、核部分に超高温の蒸気相が形成されることを仮定するモデルが提唱され、有力なモデルとされている。しかし、本研究での分子動力学計算の結果、イオン照射に伴うエネルギー伝達密度が低い(3keV/nm以下)条件では蒸気相は実現されない結果になるにもかかわらず、一方でそのような実験条件でも核/殻状のイオントラック損傷が形成されることが今回の実験で明らかになった。以上の解析のみならず、様々な補足実験や計算の結果、従来重要とされてきた蒸気相の形成は、照射影響(核/殻状のイオントラック損傷の形成等)を起こすための必須条件ではないことが明らかになった。

核鑑識の対応体制に求められる技術・制度的要件

玉井 広史; 大久保 綾子; 木村 祥紀; 小鍛治 理紗; 篠原 伸夫; 富川 裕文

第37回核物質管理学会日本支部年次大会論文集(CD-ROM), 8 Pages, 2017/02

核物質等の不法な移転に対する取組である核鑑識能力の構築が国際的な協力の下で進められているが、核鑑識を効果的に機能させるために、押収した核物質等の分析を行う技術開発と並行して、事象に対する初動から裁判に至るまでの総合的な対応体制の整備が各国に求められている。これは、事象現場での試料収集、ラボにおける分析、試料の保管、その後の捜査、裁判等の手続きにおいて、Chain of Custody(管理の連鎖)と呼ばれる厳正な証拠保全を確実に行うためのもので、関係機関の緊密な連係・情報共有が必須である。IAEAは実施手引きを発行して核鑑識の行動計画のモデルを示し各国の制度整備等の支援に努めている。核鑑識の国内対応体制の整備が進んでいる欧米諸国は、自国における強化と合わせ国際的な連係・協力のもとで各国の技術力の向上、意識の醸成を図っている。これらの動向について実例を挙げて紹介し、将来的に望まれる技術・制度について考察を行う。

Shape elongation of embedded Zn nanoparticles induced by swift heavy ion irradiation; A SAXS study

雨倉 宏*; 河野 健一郎*; 大久保 成彰; 石川 法人

Physica Status Solidi (B), 252(1), p.165 - 169, 2015/01

https://doi.org/10.1002/pssb.201400138

Znナノ粒子に200MeV Xeイオンを照射した後、照射に伴うナノ粒子の伸長と粒子間平均距離を評価するためにSPring-8においてX線小角散乱測定を行った。高照射量領域において、小角散乱信号の方位角依存性が現れ、ナノ粒子の形状変化を検知することができた。また、イオントラック(柱状欠陥集合体)の形成に伴う小角散乱信号は、低照射量でも観測された。この結果は、イオントラックが重畳するときに新たに通過するイオントラックが事前に存在したイオントラックを消去して上書きするオーバーライティングモデルを支持するものである。また、粒子間平均距離は照射量増加に伴って増加し、小さいナノ粒子の分解と大きいナノ粒子の成長を示唆している。

Micromachining of commodity plastics by proton beam writing and fabrication of spatial resolution test-chart for neutron radiography

酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 松林 政仁; 加田 渉; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 石井 保行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 306, p.299 - 301, 2013/07

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.10.030

Proton Beam Writing (PBW) is a direct-write technique for producing high-aspect-ratio micro- and nano-structures in resist material. This technique is a promising method for micromachining of commodity plastics such as acrylic resin. In this paper, we introduce fabrication of microscopic devices made of a relatively thick (75 m) acrylic sheet. An optimization of the fluence of 3 MeV proton beam to induce the chain scission in the sheet was performed at Takasaki Advanced Radiation Research Institute, JAEA. A software program that converts image pixels into coordinates data has been developed, and a fine jigsaw puzzle was fabricated on the sheet. The piece size of jigsaw puzzle is 50 50 m. For practical use, A line and space test-chart for spatial resolution measurement on neutron radiography was also successfully created.

Thermal stability of embedded metal nanoparticles elongated by swift heavy ion irradiation; Zn nanoparticles in a molten state but preserving elongated shapes

雨倉 宏*; Sele, M. L.*; 石川 法人; 大久保 成彰

Nanotechnology, 23(9), p.095704_1 - 095704_7, 2012/03

https://doi.org/10.1088/0957-4484/23/9/095704

ナノ粒子の形状制御は、偏光素子などの光素子開発に必要な技術である。本研究では、イオン照射に伴うナノ粒子の形状伸長(shape elongation)現象と、伸長したナノ粒子の熱的安定性を調べることで、形状制御に必要な試料処理条件パラメータを同定した。また、融点が形状変化に与える影響の有無も調べた。シリカ酸化物中のZnナノ粒子とVナノ粒子を高速重イオンで照射し、照射試料を1000Cまでの温度域で焼鈍処理した。直線偏光二色性分光法を用いて、処理後の試料中のナノ粒子形状を評価した。イオン照射によって、ナノ粒子の形状が伸長したことが確認できる。照射後焼鈍実験の結果、Znナノ粒子は、融点(420C)よりも高い温度(500C)では液体状態であるにもかかわらず、伸長形状を保持していることがわかった。一方、Vナノ粒子は、融点(1890C)より低い900Cで固体状態であるにもかかわらず、原子移動が起こり、伸長形状から球状形状に変化することがわかった。融点は、必ずしもナノ粒子の形状変化の決定要因ではないことがわかった。本研究は、施設供用制度の基づいて行われた加速器実験の成果である。

Power distribution investigation in the transition phase of the low moderation type MOX fueled LWR from the high conversion core to the breeding core

秋江 拓志; 中野 佳洋; 大久保 努

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/10

In the transition phase of Innovative Water Reactor for Flexible Fuel Cycle (FLWR) between high conversion (HC) and breeding (BR) type cores, there are two types of assemblies in the same core. Consequently, a region-wise spectrum difference is found which can lead to a large power peaking. For this reason, the power distribution of FLWR in this transition phase was studied by assembly and core calculations. Calculations on few assemblies geometries show large local power peakings can be effectively reduced by considering plutonium enrichment distribution in an assembly. In the whole core calculation, despite the power level mismatch between HC and BR assemblies, overall power distribution flattening is possible by optimizing fuel assemblies loading. The transition from HC to BR type FLWR seems feasible without difficulty.

高転換型革新的水冷却炉(HC-FLWR)炉心に関する研究

中野 佳洋; 深谷 裕司; 秋江 拓志; 石川 信行; 大久保 努; 内川 貞夫

JAEA-Research 2009-061, 92 Pages, 2010/03

JAEA-Research-2009-061.pdf:9.5MB

革新的水冷却炉(FLWR)を構成する二つの炉心概念、高転換型炉(HC-FLWR)と低減速軽水炉(RMWR)炉のうち、HC-FLWRについて、代表炉心設計,HC-FLWRからRMWRへの移行炉心設計,マイナーアクチニド(MA)リサイクル炉心設計,導入効果の検討を行った。代表炉心設計では、燃料棒直径1.12cm,核分裂性Pu(Puf)富化度10.75%, MOX長85.5cm,取出燃焼度52GWd/t, Puf残存比0.84の炉心を設計した。移行炉心設計では、集合体内の富化度分布調節と燃料交換パターンの工夫により、集合体内及び炉心内の出力分布を平坦化できることを明らかにした。MAリサイクル炉心設計では負のボイド反応度係数を維持しながら取出燃焼度55GWd/tが得られる炉心を設計し、MA添加がボイド反応度係数に寄与する炉物理的メカニズムを、厳密摂動論を用いて明らかにした。導入効果の検討に関しては、本研究で得られた代表炉心設計の結果を踏まえて、より一般的な枠組みで、将来の軽水炉でのプルトニウム有効利用について考察し高転換軽水炉導入のメリットとそのポテンシャルを明らかにした。