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論文

Temperature of thermal spikes induced by swift heavy ions

松崎 勝太*; 林 宏明*; 中嶋 薫*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 406(Part B), p.456 - 459, 2017/09

Few-nm sized gold, platinum and palladium nanoparticles were deposited on amorphous silicon nitride films. These films were irradiated with 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. Temperature distributions of thermal spikes produced by these ions were evaluated by observing desorption of the nanoparticles from the target surfaces upon ion impact. It was found that the temperature of the thermal spike produced by 420 MeV Au is higher than 100 MeV Xe. The observed temperature of the thermal spike at the entrance surface is slightly lower than that at the exit surface both for 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. These results can be well explained by the inelastic thermal spike model.

論文

Ion induced modifications of Mn-doped ZnO films

松波 紀明*; Ito, M.*; Kato, M.*; 岡安 悟; 左高 正雄*; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part A), p.191 - 195, 2015/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Instruments & Instrumentation)

マンガンを6%添加した酸化亜鉛薄膜を室温で100MeVキセノンイオンで照射し、X線回折(XRD)による原子構造や光学吸収,電気抵抗,磁化率測定といった物性にどのような変化が現れるか調べた。XRDの強度は照射量5$$times$$10$$^{14}$$ cm$$^{-2}$$まで単調に減少し、未照射試料の1/50になった。バンドギャップはほとんど変化しないが($$<$$ 0.02eV)、電気抵抗は4桁減少した。電気抵抗の変化でいえば、低エネルギーイオン照射(100keVネオンまたは窒素)に比べ変化の度合いが大きい。磁化率($$chi$$)の温度依存性はキュリー則に従い$$chi$$ = $$chi$$$$_{o}$$ + C/Tとなり常磁性を示す。キュリー定数Cは照射によって照射量10$$^{12}$$ cm$$^{-2}$$で未照射の値(C$$_{O}$$=0.012emu cm$$^{-3}$$ K)の半分まで減少した。

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

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(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 $$sim$$1300 K) on an amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ thin film under 1.1-MeV C$$_{60}^{3+}$$-ion irradiation to the fluence of $$sim$$5$$times$$10$$^{10}$$ ions/cm$$^{2}$$. TEM images show that Au nanoclusters, deposited at the areal density of 1.16$$times$$10$$^{12}$$ particles/cm$$^{2}$$, disappear in a surface area with a diameter of $$sim$$20 nm around each ion track, whose diameter is $$sim$$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

Equilibrium and non-equilibrium charge-state distributions of 2.0 MeV/u carbon ions passing through carbon foils

今井 誠*; 左高 正雄*; 松田 誠; 岡安 悟; 川面 澄*; 高廣 克己*; 小牧 研一郎*; 柴田 裕実*; 西尾 勝久

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.172 - 176, 2015/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.02(Instruments & Instrumentation)

炭素薄膜通過後の2.0MeV/uの炭素イオンについて平衡状態および非平衡状態の両方の電荷分布を実験的に調べた。測定された電荷状態分布は、10$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで平衡に達し、これは98$$mu$$g/cm$$^{2}$$の最大標的厚さまで変化しなかった。平衡電荷分布、平衡平均電荷、および平衡分布の幅と傾きを、ETACHAコードを含むシミュレーション結果だけでなく、既存の半経験式を用いた予測と比較した。C$$^{2+}$$, C$$^{3+}$$, C$$^{4+}$$入射イオンの電荷分布, 平均電荷状態および分布幅は、平衡前の領域で5.7$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで準平衡値に合流し、そして同じ速度での硫黄イオンで既に示されているように、C$$^{5+}$$およびC$$^{6+}$$イオンを含む全ての初期荷電状態についての真の平衡値に到達している。ETACHAと単一電子移動のみを考慮したレート方程式の2種類のシミュレーションを使用することで、測定された電荷状態の変化を定性的に再現した。準平衡な挙動はETACHAコードで再現できるが、初歩的なレート方程式では再現できない。

論文

Surface amorphization in Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ induced by swift heavy ion irradiation

大久保 成彰; 石川 法人; 左高 正雄; 實川 資朗

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.208 - 210, 2013/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:25.82(Instruments & Instrumentation)

高エネルギーキセノンイオン(70-160MeV)を照射した単結晶アルミナ試料における微細組織変化を透過型電子顕微鏡(TEM)により調べた。その結果、2.0$$times$$10$$^{14}$$ ions/cm$$^{2}$$以上の照射線量で、表面から約800nm付近まで非晶質化していることが明らかになった。また、照射線量による非晶質化の過程をX線回折により調べ、TEMの結果と比較した。TEMにより、非晶質と単結晶領域の境界に、明瞭かつ複数のイオントラック(高エネルギーイオンが通過した飛跡)がイオン入射方向と平行に観察された。イオントラックの数密度及びサイズ(径)は、入射表面からの深さとともに減少していくと考えられる。これは、非晶質化がイオントラック(非晶質か否かまだ明らかになってないが)の重畳により生じていることを示している。また、非晶質化の深さが、同程度の電子的エネルギー付与を受けた多結晶アルミナに比べて、約半分であった。これは、電子的なエネルギー付与に起因する非晶質化等の構造変化の及ぼす範囲には、平均自由行程が存在することを示唆している。

論文

Development of dual-beam system using an electrostatic accelerator for in-situ observation of swift heavy ion irradiation effects on materials

松田 誠; 遊津 拓洋; 左高 正雄; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.43 - 46, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

1台の大型静電加速器により異なる2種類のイオンビームを同時に加速し、標的の同一箇所に照射するデュアルビームシステムを開発した。デュアルビームの加速には、高電圧端子内にECRイオン源を搭載した20MVのタンデム加速器を用いる。ECRイオン源で複数の元素の多価イオンを同時に生成し、質量電荷比の同じイオンを引き出し加速することで、デュアルビーム照射を実現する。このデュアルビームシステムを用いて、165MeVの$$^{132}$$Xe$$^{11+}$$イオンと15MeVの$$^{12}$$C$$^{+}$$イオンとを同時照射することで、XeイオンによるBi-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$標的の重イオン照射効果を、Cイオンをプローブにしたラザフォード後方散乱分析法によりリアルタイムに測定することに成功した。

論文

Electronic stopping power dependence of ion-track size in UO$$_{2}$$ irradiated with heavy ions in the energy range of $$sim$$1MeV/u

石川 法人; 園田 健*; 澤部 孝史*; 須貝 宏行*; 左高 正雄*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.180 - 184, 2013/11

 被引用回数:12 パーセンタイル:17.36(Instruments & Instrumentation)

UO$$_{2}$$中の高エネルギー核分裂片の通過に伴う照射損傷形態を予測するために、イオン加速器を利用した照射実験及び損傷寸法解析を行った。具体的には、イオントラックと呼ばれるイオンの軌跡に沿って形成される柱状の欠陥領域の寸法が、電子的阻止能(入射イオンからターゲットの電子系に伝達されるエネルギー密度)に対してどのように依存するかを解析した。これまで、10MeV/u程度の高いエネルギー領域のイオンが形成するイオントラックの寸法データは存在したが、核分裂片エネルギーに相当する約1MeV/uのエネルギー領域でのイオントラック寸法のデータは存在しなかった。そこで、本研究では、約1MeV/uのエネルギー領域で系統的なイオン照射実験を行い、透過型電子顕微鏡観察によって数nmオーダーのイオントラック寸法のデータを取得することができた。また、既存の理論モデルである熱スパイクモデル(イオンの通過による融解を想定したモデル)から予測される寸法より、明らかに小さいことがわかった。従来のモデルで想定してこなかった(融解直後の)再結晶化プロセスを考慮することで、従来モデルをUO$$_{2}$$にも拡張できる可能性を指摘した。

論文

単一加速器によるデュアルビーム照射システムの開発

松田 誠; 遊津 拓洋; 左高 正雄; 岩瀬 彰宏*

第25回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.94 - 97, 2012/07

2種類のイオンビームを1台の静電加速器で同時に加速し、両ビームを標的の同一箇所に照射することのできるデュアルビームシステムを開発した。東海タンデム加速器は、高電圧端子内にECRイオン源を搭載したことで、質量電荷比($$q/A$$)の等しいイオンを同時に生成し加速することが可能である。$$^{132}$$Xe$$^{11+}$$イオンと$$^{12}$$C$$^{+}$$イオンを用いて加速試験を行った結果、$$q/A$$のわずかな差により、照射位置で2mmほどビームが分離することが判明した。この分離を解消するために、ビームスキャナーを用いて両ビームが均一に混ざる部分を標的に照射するシステムを開発した。このデュアルビームシステムを用いて、165MeVの$$^{132}$$Xe$$^{11+}$$イオンと15MeVの$$^{12}$$C$$^{+}$$イオンとを同時照射することで、XeイオンによるBi-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$標的の重イオン照射効果を、Cイオンをプローブにしたラザフォード後方散乱分析法によりリアルタイムに測定することに成功した。

論文

東海タンデム加速器における新たなビーム利用開発

松田 誠; 遊津 拓洋; 左高 正雄; 花島 進; 中村 暢彦; 株本 裕史; 沓掛 健一

第23回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.65 - 68, 2011/07

原子力機構-東海タンデム加速器では、加速されるイオンビームの利用分野拡大のため、大型静電加速器の特徴を活かした加速器開発を行っている。1番目にはどのような質量のイオンであっても加速できるという静電加速器の特徴を活かし、高電圧端子内イオン源からのクラスタービームの加速計画を進めている。荷電変換を必要としないシングルエンド加速であり、最大18MV程度の加速電圧となるので、高エネルギー,高強度のクラスタービームが得られると考えている。2番目にスケーリング法を用いたイオンビームの加速技術の開発を行っている。オペレータの調整したパイロットビーム加速時の光学機器のパラメータをもとに、簡単なスケーリング計算により各光学機器のパラメータを一括して自動設定することで、ビームエネルギーや加速イオン種の迅速な切り替えを行うものである。3番目に比較的低エネルギーの重イオンビームを用いて、RBS法による元素分析や、$$^{15}$$N, $$^{19}$$Fビームによる水素分析(NRA)などのイオンビーム分析技術の開発を行っている。最後にRI・核燃料標的等の利用可能な新照射室の整備を平成23年度に行う。

論文

Electrical property modifications of In-doped ZnO Films by ion irradiation

松波 紀明*; 福島 純一*; 左高 正雄; 岡安 悟; 須貝 宏行; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 268(19), p.3071 - 3075, 2010/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:32.4(Instruments & Instrumentation)

原子力科学研究所タンデム加速器からの高エネルギー重イオン照射に特徴的に起こる固体中の電子励起過程を用いて、太陽電池電極の電極材などに用いられる透明半導体であるインジウム(In)ドープのZnOの照射改質の研究を行った。その結果Ne, Xeイオン照射によるイオン照射による伝導度の増加を見いだした。また、これはイオン照射に伴う固体中の電子励起効果により、ZnサイトをInが置換した結果であることを解明した。

論文

Ion irradiation effects on tungsten-oxide films and charge state effect on electronic erosion

松波 紀明*; 左高 正雄*; 岡安 悟; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 268(19), p.3167 - 3170, 2010/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.06(Instruments & Instrumentation)

多結晶WO$$_{3}$$薄膜(バンドギャップ$$sim$$3eV)へのイオン照射による電気特性および原子構造変化を調べた。WO$$_{3}$$薄膜はMgO基盤上のタングステン薄膜やタングステンシートを酸化することで準備した。90MeV Niイオンを$$sim$$3$$times$$10$$^{12}$$cm$$^{2}$$照射することで薄膜のディスオーダーまたは亜非晶質化を見いだした。このとき結晶格子は$$sim$$1.5%広がり、バンドギャップも0.2eV増大した。また光学吸収測定でも1.6$$mu$$m近傍になだらかな吸収ピークが現れた。高エネルギーイオンによる平衡電荷での電子励起によるスパッタ收率は10$$^{4}$$にのぼる一方、イオンインパクトでの非平衡電荷(90MeV Ni$$^{+10}$$)でのスパッタ收率は、平衡電荷(89MeV Ni$$^{+19}$$)の$$sim$$1/5にとどまった。

論文

原子力機構-東海タンデム加速器の現状

松田 誠; 左高 正雄; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 長 明彦; 石崎 暢洋; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; 中村 暢彦; et al.

JAEA-Conf 2008-012, p.39 - 43, 2009/03

2007年度のタンデム加速器の利用運転日数は86日(約2000時間)で、加速されたイオン種は17元素(23核種)である。加速器の高経年化対策として約5か月の長期整備期間を設け、ターミナルの180$$^{circ}$$偏向電磁石のコイルを更新し、断熱や電磁シールドの強化を図った。同時にターミナルビームラインの再アライメント、10GHzから14.5GHzへのターミナルECRイオン源の更新も行った。再アライメントの結果、ターミナル部のビーム通過率が非常によくなり、得られるビーム強度はこれまでの2$$sim$$3倍となった。また懸案であった3$$mu$$Aの水素ビーム加速も可能となった。更新したターミナルイオン源は安定に動作し、キセノンイオンにおいて当施設の最高エネルギーである375MeVに達した。RF系を増強することで、10倍程度にビーム強度が増強される見通しを得た。短寿命核加速実験装置ではウランの核分裂片である$$^{123}$$In(T$$_{1/2}$$=6s), $$^{143}$$Ba(T$$_{1/2}$$=14s)が10$$^{4}$$ppsの強度で得られ、物理実験に利用された。研究会では2007年度の加速器の運転・利用状況及び整備開発状況について報告する。

論文

On-line diffusion tracing in Li ionic conductors by the short-lived radioactive beam of $$^{8}$$Li

Jeong, S.-C.*; 片山 一郎*; 川上 宏金*; 渡辺 裕*; 石山 博恒*; 今井 伸明*; 平山 賀一*; 宮武 宇也; 左高 正雄; 須貝 宏行; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 47(8), p.6413 - 6415, 2008/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:72.85(Physics, Applied)

非破壊的方法によるリチウムイオン伝導体中でのオンライン拡散計測法を確立した。トレーサーとして、短寿命核$$^{8}$$Liのパルスビームを用い、LiGa中に注入した。インプラントされた$$^{8}$$Liからの$$alpha$$粒子放出強度の時間依存性を調べることで精度の高いリチウムイオンの拡散測定が行える。今回の測定によりLiGaのリチウム欠乏$$beta$$相中でのリチウム空孔の秩序化を、拡散係数の変化から初めて見いだすことができた。

論文

Clarification of the properties and accumulation effects of ion tracks in CeO$$_{2}$$

園田 健*; 木下 幹康*; 石川 法人; 左高 正雄; 知見 康弘; 大久保 成彰; 岩瀬 彰宏*; 安永 和史*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 266(12-13), p.2882 - 2886, 2008/06

 被引用回数:23 パーセンタイル:13(Instruments & Instrumentation)

高エネルギーイオン照射したCeO$$_{2}$$のイオントラック構造とその蓄積の効果を電子顕微鏡観察の手段を使って調べた。特に、FIB(集束イオンビーム:Focused Ion Beam)を用いることによって、照射方向の微細組織の深さ依存性について調べることができた。その結果、電子系に伝達されるエネルギー密度が、閾値16keV/nm以上のときにのみイオントラックが観測されることがわかった。また、高照射量領域でのイオントラックの蓄積が、照射表面の面粗度の上昇に寄与していることがわかった。

論文

High-energy ion irradiation effects on atomic structures and optical properties of copper oxide and electronic sputtering

松波 紀明*; 左高 正雄; 岡安 悟; 石川 法人; 田沢 真人*; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 266(12-13), p.2986 - 2989, 2008/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:67.37(Instruments & Instrumentation)

100MeV Xeイオン照射したCu$$_{2}$$O薄膜において、X線回折強度が減少する挙動を解析した。光学特性測定においては、照射によるバンドギャップの変化が検知されなかった。Cu$$_{2}$$Oにおいてはアモルファス化を起こさずに乱れが導入されることがわかった。

論文

原子力機構-東海タンデム加速器の現状

松田 誠; 左高 正雄; 竹内 末広; 月橋 芳廣; 花島 進; 阿部 信市; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; et al.

JAEA-Conf 2008-005, p.42 - 45, 2008/03

2006年度のタンデム加速器の利用運転日数は201日であった。最高加速電圧は18MVを維持し、利用されたイオン種は19元素(26核種)であった。昨年度、発生した故障事例として、加速器の入射ビームラインでビーム形状が変動する現象が発生した。原因は静電四重極レンズの電極コネクタの接触不良であった。一般に開放端の電極の接続状況を確認することは難しいが、われわれは静電容量結合法による診断で接続異常箇所の特定を行った。この手法はほかの静電光学要素に適用できる技術である。ほかにターミナル電圧が不安定となる事象が発生した。チャージング電流が通常の6割程度しか流れていないため、タンクを開放してチャージング系の総点検を行った。その結果、抵抗の破損とケーブルの製作及び取付不良が確認され、修理を行った。研究会では昨年度の加速器の運転・利用状況及び整備・開発状況について発表する。

論文

Diffusion of $$^{8}$$Li short-lived radiotracer in Li ionic conductors of NaTl-type intermetallic compounds

須貝 宏行; 左高 正雄; 岡安 悟; 市川 進一; 西尾 勝久; 光岡 真一; 仲野谷 孝充; 長 明彦; 佐藤 哲也; 橋本 尚志; et al.

Defect and Diffusion Forum, 273-276, p.667 - 672, 2008/00

A non-destructive and on-line diffusion tracing in Li ionic conductors has been successfully conducted by using the short-lived $$alpha$$-emitting radiotracer of $$^{8}$$Li. The radiotracers produced as an energetic and pulsed ion beam are implanted into the Li ionic conductor of NaTl-type intermetallic compounds ($$beta$$-LiAl, $$beta$$-LiGa, and $$beta$$-LiIn). The $$alpha$$-particles survived on their passage from the position emitted by the diffusing $$^{8}$$Li to the surface of the specimen are measured as a function of time. The diffusion coefficients of Li obtained for the NaTl-type intermetallic compounds with different Li compositions are quantitatively discussed in terms of the interaction between the structural defects in the specimen and Li.

論文

X-ray diffuse scattering from carbon-ion-irradiated diamond

須貝 宏行; 前田 裕司*; 松本 徳真*; 加藤 輝雄; 春名 勝次*; 左高 正雄; 小野 文久*

Physica Status Solidi (C), 4(8), p.2963 - 2966, 2007/07

 パーセンタイル:100

人工ダイヤモンドは、高温や放射線等の過酷な環境に耐えうる有望な耐環境素子材料の一つである。ここでは、100MeV炭素イオン照射した人工ダイヤモンド単結晶中の格子欠陥をX線による格子定数測定とX線散漫散乱により調べた。イオン照射及びX線測定は、室温で行った。格子定数は照射量に比例して増加した。われわれが従来から行ってきた不純物濃度の異なる天然及び人工ダイヤモンド単結晶に関する結果との比較から、照射によって生成した格子間原子及び原子空孔は、(100)面に転位ループをつくることが明らかとなった。

論文

Electronic sputtering of nitrides by high-energy ions

松波 紀明*; 左高 正雄; 岡安 悟; 田沢 真人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 256(1), p.333 - 336, 2007/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.69(Instruments & Instrumentation)

重イオン照射による電子励起機構(電子系から格子系へのエネルギー移行過程)を研究するため、東海タンデム加速器からの高エネルギーイオンを窒化物Si$$_{3}$$N$$_{4}$$とAlNについて照射し、電子励起効果によるスパッタリング収量を測定した。その結果を以前に測定した酸化物の高エネルギー重イオンによるスパッタリング収量と比較し、収量に関して物質のバンドギャップに依存することを確かめた。その結果について、多重エキシトンが関与する機構と物質の結合性(共有結合性,イオン結合性)について議論を行う。

論文

Charge state evolution of 2MeV/u sulfur ion passing through thin carbon foil

今井 誠*; 左高 正雄; 川面 澄*; 高廣 克己*; 小牧 研一郎*; 柴田 裕実*; 須貝 宏行; 西尾 勝久

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 256(1), p.11 - 15, 2007/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.59(Instruments & Instrumentation)

重イオンの照射効果においてはイオン電荷により効果が異なる。そのためイオン電荷は重要なパラメーターであるが、その電荷は物質内で変化する。物質内の重イオンの電荷状態変化を研究するためタンデム加速器からの高エネルギー多価硫黄イオンを炭素薄膜に通過させ、イオンの電荷分布と炭素薄膜の厚さによる電荷変化の進展を測定した。入射イオンの電荷は6+から14+まで、薄膜の厚さは電荷が平衡に達する厚さよりも薄い0.9, 1.1, 1.5, 2.0, 3.0, 4.7, 6.9, 10.0$$mu$$g/cm$$^{2}$$についてそれぞれ測定した。一電子移行のrate方程式に基づくETACHAコードによりそれぞれの膜厚での出射イオンの電荷の平均値と電荷の分布幅についてはよく一致することがわかった。

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