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論文

Temperature dependence of ortho-positronium annihilation in room temperature ionic liquids

平出 哲也; 満汐 孝治*; 小林 慶規*; 大島 永康*

Acta Physica Polonica A, 137(2), p.109 - 112, 2020/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

最近、室温イオン液体中におけるポジトロニウム(Ps)バブルは通常の分子性液体中とは非常に異なる状態であることが報告されている。これらの現象は徐々に理解されつつあり、陽イオンと負イオンによる相互作用により形成されている構造が、融点よりも高い温度でも存在していることが示されている。この構造が融点近くで起こるPsバブルの振動の原因であることがわかってきた。三重項Ps(オルトーPs)のピックオフ消滅寿命から見積もられたPsバブルの大きさの温度依存性は、高い温度でもこのイオン間の相互作用による構造が残っていることを示している。オルト-Psのピックオフ消滅寿命は室温イオン液体中に存在するナノサイズの構造の研究における重要な手法となりえる。

論文

弾性応力下におけるマルテンサイト鋼中の水素起因格子欠陥の形成促進と水素脆化

土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 平出 哲也; 大島 永康*

NanotechJapan Bulletin (インターネット), 8(3), 5 Pages, 2015/07

水素を含んだ鉄鋼材料は含まないものに比べ、応力付与によって延性低下が著しく進展し、より破断しやすくなる(水素脆化問題)。水素脆化の機構は、材料中の格子欠陥形成と深く関係するとされているが、一般に格子欠陥の実験的評価が難しいため不明な点も多い。本研究課題では、水素脆化と格子欠陥との関係を明らかにするために、昇温脱離分析(TDA)と陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)とを用いて、一定弾性応力下に保持された鉄鋼材料(焼戻しマルテンサイト鋼)の水素チャージによって形成する格子欠陥の検出を試みた。この結果、弾性応力下であっても水素をチャージすることで鋼中での原子空孔生成が著しく促進されること、さらに生成した空孔型欠陥が鋼の延性低下をもたらすことを明らかにした。

論文

Enhanced lattice defect formation associated with hydrogen and hydrogen embrittlement under elastic stress of a tempered martensitic steel

土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 大島 永康*; 平出 哲也

ISIJ International, 52(2), p.198 - 207, 2012/02

 被引用回数:45 パーセンタイル:91.61(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

欠陥のプローブとして、水素昇温脱離と陽電子プローブマイクロアナライザーを用い、弾性応力下における焼戻マルテンサイト鋼中における水素の挙動、及び水素による格子欠陥成長を、転位と空孔に関して明らかにした。水素脆化に及ぼす、水素による格子欠陥成長の影響についても調べた。水素存在下では、弾性応力範囲内においても、格子欠陥量は応力を負荷している時間とともにゆっくりと増大し、試料は脆性破壊する。弾性応力下でも、転位と水素の相互作用によって空孔が導入され、延性低下し、その影響は水素が抜けた後でも残存すると考えられる。以上のことから水素脆化において空孔の形成と蓄積が重要な要因であると結論できる。

口頭

高強度鋼の弾性応力下における水素誘起格子欠陥の検出と水素脆化

土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 平出 哲也; 大島 永康*

no journal, , 

実際の材料における水素脆化による破壊は、弾性応力範囲内で起こる。そこで、高強度鋼において一定弾性応力下で起こる欠陥の導入を、水素をトレーサーとした検出法と、局所的な欠陥検出が可能な陽電子マイクロアナライザーで検出することを試みた。その結果、弾性応力下において、水素の存在によって欠陥が導入され、その欠陥が原因となって破壊に至ることを示す結果が得られた。

口頭

高強度鋼の定荷重下における水素誘起格子欠陥形成の時間変化

高井 健一*; 土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 大島 永康*; 平出 哲也

no journal, , 

自動車の軽量化に伴う材料の高強度化、及び水素利用社会実現に向けて、水素脆化克服は緊急の課題である。実材料の使用環境を模擬した、定荷重下における高強度鋼の水素脆性を、水素の昇温脱離分析と陽電子消滅寿命測定を用い研究を行った。その結果、水素の存在によって欠陥が導入され、その欠陥の蓄積によって破壊に至ることを示す結果が得られた。

口頭

陽電子マイクロプローブによる一定弾性応力下における高強度鋼の水素誘起格子欠陥検出

土信田 知樹*; 高井 健一*; 平出 哲也; 大島 永康*

no journal, , 

欠陥のプローブとして、陽電子マイクロビームを用い、弾性応力下高強度鋼中における、水素による格子欠陥成長の検出に成功した。また、この蓄積の結果、脆性破壊に至ることも明らかとなった。水素存在下では、弾性応力範囲内においても、格子欠陥量は応力を負荷している時間とともにゆっくりと増大し、試料は脆性破壊すると考えられる。水素存在下では、弾性応力下で空孔が導入され、延性低下し、その影響は水素が抜けた後でも残存すると考えられる。以上のことから水素脆化において空孔の形成と蓄積が重要な要因であると結論できる。

口頭

カプトン中陽電子寿命の電場効果

酒井 弘明; 峯井 俊太郎; 平出 哲也; 大島 永康*; 小林 慶規*; 木野村 淳*; 鈴木 良一*

no journal, , 

高分子に、絶縁破壊程度まで高電場を印加した場合、ポジトロニウム(Ps)形成が著しく増大すると報告されている。この著しい増大は、陽電子トラックのターミナルスパー内で熱化した陽電子と過剰電子の反応でPsが形成するとする、スパー反応モデルで説明することは難しい。今回、電場なしではPs形成が起こらない、つまり、スパー反応モデルではPs形成が起こらない、ポリイミド(カプトン)中において、絶縁破壊付近までの高電場を印加した際の効果を調べた。その結果、絶縁破壊付近でも、Ps形成は認められず、Psを形成しない陽電子(自由陽電子)の寿命が長くなる傾向が見られ、これは自由陽電子のドリフトによって起こっていると考えられる。また、過去の報告における解釈が、誤っていた可能性が示された。

口頭

カプトン中陽電子寿命の電場効果

酒井 弘明; 峯井 俊太郎; 平出 哲也; 大島 永康*; 小林 慶規*; 木野村 淳*; 鈴木 良一*

no journal, , 

高分子中において高電圧印加した場合、絶縁破壊近くで電子と陽電子の結合状態であるポジトロニウムの形成が増大すると報告されている。絶縁物中のポジトロニウム形成を説明するスパー反応モデルで、この現象を説明することはできない。そこで、電場が無い状態で、ポジトロニウムが形成されない、カプトン(ポリイミド)中で、陽電子消滅寿命におよぼす電場印加の効果を測定することで、高電場によってポジトロニウム形成が見られるか確認した。その結果、長寿命を示す三重項ポジトロニウムの形成は見られず、ポジトロニウムを形成しないで消滅していく、陽電子からの消滅成分の寿命値が長くなることがわかった。これは、陽電子のドリフトが起こることで説明することができ、また、報告されている結果も、ポジトロニウム形成の増大ではなく、寿命値の変化に起因するものであった可能性が示された。

口頭

Electric field effect on positron annihilation lifetime in Kapton

酒井 弘明; 峯井 俊太郎; 平出 哲也; 大島 永康*; 小林 慶規*; 木野村 淳*; 鈴木 良一*

no journal, , 

高分子中において高電圧印加により、電子と陽電子の結合状態であるポジトロニウムの形成が増大すると報告されているが、その機構は明らかになっていない。そこで、電場が無い状態でポジトロニウム形成が見られない、カプトン(ポリイミド)中で、高電場印加によりポジトロニウム形成が起こるかどうか、陽電子消滅寿命測定により調べた。その結果、長寿命を示す三重項ポジトロニウムの形成は見られなかったが、自由陽電子の消滅成分の寿命値が長くなることがわかった。過去の報告では陽電子消滅寿命測定は行われておらず、ポジトロニウム形成の増大と寿命値の増大を見分けることは不可能であり、高電場下でのポジトロニウム形成増大の報告が誤った解釈である可能性が示された。

口頭

Effect of focused ion beam processing on stainless steel studied by positron annihilation lifetime measurements

峯井 俊太郎; 大島 永康*; 酒井 弘明; 大久保 成彰; 近藤 啓悦; 鈴木 良一*; 平出 哲也

no journal, , 

原子炉材料において、中性子照射によって原子空孔や空孔クラスターが形成されると考えられる。このような空孔型欠陥を観察する手法として、陽電子消滅法は重要な手法であるが、陽電子消滅法は$$gamma$$線計測であり、中性子照射された高放射化試料への適用は困難であった。しかし、最近の陽電子マイクロビームの開発で、陽電子を数十ミクロン程度の領域に打ち込む事が可能となり、エネルギーも低いため、薄い試料でも陽電子が止まる。そこで、高放射化試料を微小試料に加工することで、$$gamma$$線放出量を、陽電子消滅寿命測定が可能になるほど十分低くすることができ、高放射化試料に陽電子消滅寿命測定を直ちに適用することが可能となる。加工にはFIBが最も有力であり、今回、FIB加工によるSUS316L試料への影響を陽電子消滅寿命測定で評価し、試料作製にFIBを適用できることを示した。

口頭

弾性応力下における焼戻しマルテンサイト鋼中の水素誘起格子欠陥の形成と水素脆化

土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 大島 永康*; 平出 哲也

no journal, , 

焼戻しマルテンサイト鋼の一定弾性引張応力下における吸蔵水素量の変化、および格子欠陥量の変化、さらには形成された水素誘起格子欠陥と水素脆化の関係を調査した。その結果、吸蔵水素量と負荷応力だけでなく、空孔および空孔クラスターの形成・蓄積に要する時間も一定弾性応力下で起こる水素脆化において重要な因子であることが見出された。

口頭

Vacancy analysis with a positron microprobe for hydrogen embrittlement under elastic stress of tempered martensitic steels

大島 永康*; 土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 平出 哲也

no journal, , 

鉄鋼材料の水素脆化において、欠陥の形成に関する研究は重要である。我々は高強度鋼と水素による欠陥の導入の関係について、パルス化陽電子マイクロビームによる陽電子消滅寿命測定システムである陽電子マイクロアナライザーを用いて研究を行ってきた。陽電子消滅の平均寿命による評価では、弾性応力下において水素によって、空孔や空孔の集合体の形成が示唆されていた。今回、我々は、陽電子消滅寿命スペクトルを成分解析することで、水素による試料中の変化の詳細について調べた。その結果、多くの陽電子が空孔で消滅していることが示唆された。このことから、空孔は転位との複合体として形成されている可能性が示された。

口頭

Enhanced lattice defect formation associated with hydrogen and hydrogen embrittlement under elastic stress of a tempered martensitic steel

土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 平出 哲也; 大島 永康*

no journal, , 

水素を含んだ鉄鋼材料は含まないものに比べ、応力付与によって延性低下が著しく進展し、より破断しやすくなる(水素脆化問題)。水素脆化の機構は、材料中の格子欠陥形成と深く関係するとされているが、一般に格子欠陥の実験的評価が難しいため不明な点も多い。本研究課題では、水素脆化と格子欠陥との関係を明らかにするために、昇温脱離分析(TDA)と陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)とを用いて、一定弾性応力下に保持された鉄鋼材料(焼戻しマルテンサイト鋼)の水素チャージによって形成する格子欠陥の検出を試みた。この結果、弾性応力下であっても水素をチャージすることで鋼中での原子空孔生成が著しく促進されること、さらに生成した空孔型欠陥が鋼の延性低下をもたらすことを明らかにした。

口頭

Investigation of near surface defects in metal samples produced by mechanical cutting/polishing using positron annihilation spectroscopy

Jiang, L.*; 大島 永康*; O'Rourke, B. E.*; 鈴木 良一*; 原田 祥久*; 鈴木 隆之*; 高津 周平*; 平出 哲也; 高井 健一*

no journal, , 

陽電子消滅法は、原子空孔, 空孔クラスター, ナノボイドなどの欠陥に敏感な分析手法である。産業技術総合研究所に整備されている陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)は陽電子マイクロビームを走査することで、欠陥分布を観察することが可能である。PPMAを使用する場合、陽電子の打ち込み深さが浅いため、試料の作成時に導入される欠陥は重要な問題である。ここでは、2つの試料加工方法、放電加工のみと放電加工後にコロイダルシリカによる研磨を行うことで導入される欠陥について、SUS316Lのほかいくつかの試料について、これらの加工方法で導入される欠陥の深さ分布を陽電子消滅法で調べた。

口頭

Investigation of the near surface damage layer induced by electric discharge machining in steel

Jiang, L.*; O'Rourke, B. E.*; 原田 祥久*; 高津 周平*; 伊藤 賢志*; 大久保 雅隆*; 平出 哲也; 上殿 明良*; 鈴木 良一*; 高井 健一*; et al.

no journal, , 

放電加工により導入される欠陥の深さ依存性をSUS316Lについて、電子線マイクロアナライザー(EPMA),陽電子消滅寿命測定(PALS), X線構造解析(XRD)を用いて調べた。EPMAの結果から10ミクロン以上の深さに大きな影響がみられた。この層は鋳直された部分であると考えられる。PALSとXRDの結果からは、欠陥は50ミクロン程度の深さまで存在していると考えられた。この層は熱が影響している部分であると考えられ、転位と空孔クラスターが存在している。陽電子消滅寿命測定などの手法で観察する場合、放電加工後の試料については100ミクロン程度化学処理により取り除くべきである。

口頭

凝縮相における陽電子減速シミュレーション

甲斐 健師; 石田 明*; 大島 永康*

no journal, , 

凝縮相に陽電子を照射した場合、電子と陽電子の束縛系であるポジトロニウム(Ps)が生成することがある。このPsを利用したボース・アインシュタイン凝縮(BEC)は、反物質の重力精密測定や消滅ガンマ線レーザー発生等、新しい物理学的な技術を開拓する可能性があるが、未だに実現されていない。そこで、凝縮相における陽電子減速シミュレーションにより、Ps生成の基礎解明を目指すと共に、Ps-BECが実現するための最適条件を解明することを目的とした研究に着手した。この目的を達成するため、先ずは電子の動力学モンテカルロコードを改良し、凝縮相に照射された陽電子バンチの減速シミュレーションに適用した。本講演では、陽電子バンチ(陽電子数:1万粒子)を水に照射した条件の試計算を紹介し、凝縮相における高密度陽電子輸送シミュレーションコード開発の現状、今後の展望について発表する。

口頭

高密度陽電子バンチシミュレーションコードの開発

甲斐 健師; 石田 明*; 大島 永康*

no journal, , 

凝縮相に陽電子を照射した場合、電子と陽電子の束縛系であるポジトロニウム(Ps)が生成することがある。このPsを利用したボース・アインシュタイン凝縮(BEC)は、反物質の重力精密測定や消滅ガンマ線レーザー発生等、新しい物理学的な技術を開拓する可能性があるが、未だに実現されていない。そこで、凝縮相における陽電子減速シミュレーションにより、Ps生成の基礎解明を目指すと共に、Ps-BECが実現するための最適条件を解明することを目的とした研究に着手した。この目的を達成するため、照射された陽電子バンチの輸送はPHITSで計算し、減速した陽電子の挙動を動力学計算する計画で解析を進めている。本講演では、凝縮相における高密度陽電子バンチ照射シミュレーションコード開発の現状、今後の展望について発表する。

口頭

凝縮相における高密度陽電子バンチシミュレーションコードの開発

甲斐 健師; 石田 明*; 大島 永康*

no journal, , 

凝縮相に陽電子を照射した場合、電子と陽電子の束縛系であるポジトロニウム(Ps)が生成することがある。このPsを利用したボース・アインシュタイン凝縮(BEC)は、反物質の重力精密測定や消滅ガンマ線レーザー発生等、新しい物理学的な技術を開拓する可能性があるが、未だに実現されていない。そこで、凝縮相における陽電子減速シミュレーションにより、Ps生成の基礎解明を目指すと共に、Ps-BECが実現するための最適条件を解明することを目的とした研究を進めている。この目的を達成するため、標的に照射され、高密度化した陽電子の挙動を動力学計算することを計画している。本講演では、凝縮相における高密度陽電子シミュレーションコード開発の現状として、PHITSを用いた計算解析により陽電子の標的中への進入に関する基礎的な検討を行った結果とともに、今後のコード開発に関する展望について発表する。

口頭

室温イオン液体中のオルトーポジトロニウム寿命の温度依存性

平出 哲也; 満汐 孝治*; 小林 慶規*; 大島 永康*

no journal, , 

液体中ではポジトロニウム(Ps)はバブルを形成し、高温では表面張力が小さくなることでバブルは大きくなり、その結果、o-Ps寿命は長くなる。室温イオン液体では、バブルが通常と異なり、イオンのクーロン力によって構成されている構造に依存している可能性が示されている。今回、o-Ps寿命が高温でも長くならなかったことから、新しいPsバブルの存在状態の存在がさらに明らかとなった。

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