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論文

Measurements of displacement cross section of tungsten under 389-MeV proton irradiation and thermal damage recovery

岩元 洋介; 吉田 誠*; 松田 洋樹; 明午 伸一郎; 佐藤 大樹; 八島 浩*; 薮内 敦*; 嶋 達志*

Materials Science Forum, 1024, p.95 - 101, 2021/03

核破砕中性子源,加速器駆動システム等における材料の照射損傷の基礎研究、マクロな材料特性研究、機器設計等をまとめた書籍の中で、われわれが主導してきた照射損傷量の指標である原子あたりのはじき出し数(DPA)に関する最新の研究を提示する。本研究では、タングステンのDPAの計算値を検証するため、ギフォード・マクマフォン冷凍機を用いてタングステン線を冷却し、389MeVの陽子照射による、極低温(10K)下の照射欠陥に伴う電気抵抗増加の測定値からはじき出し断面積を導出した。はじき出し断面積の実験値と計算値を比較した結果、これまでの発表者らが銅を用いた実験による検証結果と同様に、従来の照射損傷モデルによる計算値に比べて、最新の非熱的な欠陥再結合補正を考慮した計算値が実験値を良く再現することを明らかにした。また、アニールに伴う照射後の欠陥回復の測定により、60Kでは約20%の欠陥が回復し、原子炉の中性子照射環境と同様の結果となる他、銅の測定結果と比べた場合、タングステンにおける欠陥の回復量が少ないこと等を示した。

論文

Measurement of defect-induced electrical resistivity change of tungsten wire at cryogenic temperature using high-energy proton irradiation

岩元 洋介; 吉田 誠*; 松田 洋樹; 明午 伸一郎; 佐藤 大樹; 八島 浩*; 薮内 敦*; 木野村 淳*; 嶋 達志*

JPS Conference Proceedings (Internet), 28, p.061003_1 - 061003_5, 2020/02

核破砕中性子源における高エネルギー放射線環境下のターゲット材料の寿命を予測するため、原子あたりのはじき出し数(DPA)を導出できるPHITS等の放射線挙動計算コードが使用されている。本研究では、タングステンのDPAの計算値を検証するため、ギフォード・マクマフォン冷凍機を用いた陽子照射装置に直径0.25mmのタングステン線を装着し、389MeVの陽子を照射して、はじき出し断面積に関係付けられる極低温(10K)下の照射欠陥に伴う電気抵抗率変化を測定した。これまで実施された1.1GeV及び1.9GeV陽子照射によるタングステンの電気抵抗率の測定結果と比較した結果、核反応により生成する二次粒子が陽子エネルギーの増加に伴い、照射結果に伴う電気抵抗率が増加することがわかった。

論文

JAEA-AMS-MUTSUの現状

桑原 潤; 木下 尚喜; 飛内 万史; 松野 悟; 及川 敦; 関 武雄; 薮内 典明

第28回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.77 - 79, 2015/12

日本原子力研究開発機構バックエンド研究開発部門青森研究開発センターむつ事務所タンデトロン加速器質量分析装置(JAEA-AMS-MUTSU: High Voltage Engineering Europe製Model 4130-AMS)は、最大加速電圧3MVのタンデム型加速器と炭素及びヨウ素同位体比測定用の2本のビームラインから構成されている。炭素とヨウ素の定常測定はそれぞれ平成11年12月、平成15年5月から開始され、平成18年度からは供用施設となり、原子力機構内外の種々のテーマでの利用に供している。本発表では、平成26年度までの運転状況及び光通信ケーブルの劣化に起因するモーター制御不良等の最近のトラブル事例について報告する。

論文

Tuning of ultra-slow muon transport system

足立 泰平*; 池戸 豊*; 西山 樟生*; 薮内 敦*; 長友 傑*; Strasser, P.*; 伊藤 孝; 髭本 亘; 小嶋 健児*; 牧村 俊助*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036017_1 - 036017_4, 2015/09

We report on the tuning of the ultra-slow muon beam line at J-PARC MUSE using Li impurities in a tungsten muonium production target in place of positive muons. Li ions were evaporated from the tungsten target by heating it up to 2000K and were transported in the ultra-slow muon beam line. The Li ion beam was monitored by micro channel plates installed at several points in the beam line. The Li beam was successfully transported to the end of the beam line after optimization of beam line parameters.

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

Development of spin-polarized slow positron beam using a $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga positron source

前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海; 河裾 厚男

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 308, p.9 - 14, 2013/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:73.42(Instruments & Instrumentation)

A $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga positron source was produced from the $$^{69}$$Ga(p,2n)$$^{68}$$Ge nuclear reaction by irradiating a GaN substrate with 20 MeV protons. Fast positrons from the source were converted to slow positrons using tungsten meshes and foils and were then electrostatically transported to the sample chamber. The spin polarization of the positron beam was determined as 47 $$pm $$8% from the magnetic field dependence of the para-positronium intensity in fused silica. The Doppler broadening of the annihilation radiation spectra of polycrystalline Fe showed asymmetry upon field reversal. The spin-polarized positron beam generated by the $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga source may be applicable to study the magnetic properties associated with surfaces, interfaces, and thin films.

論文

Location and size of nanoscale free-volume holes in crosslinked-polytetrafluoroethylene-based graft-type polymer electrolyte membranes determined by positron annihilation lifetime spectroscopy

澤田 真一; 薮内 敦*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 前川 康成

Radiation Physics and Chemistry, 87, p.46 - 52, 2013/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:43.78(Chemistry, Physical)

固体高分子型燃料電池用の電解質膜はナノメートルスケールの自由空孔を有しており、この空孔構造が膜の燃料ガス透過性に影響を及ぼすと考えられる。そこで本研究では、陽電子消滅寿命(PAL)測定法により、架橋ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を基材とするグラフト電解質膜の自由空孔構造を調べた。その結果、電解質膜内には0.11と0.38nm$$^{3}$$という異なる体積の自由空孔が存在することがわかった。架橋PTFE膜及びスチレングラフト膜のPAL測定結果と比較することで、小さな空孔はPTFE結晶及びグラフト鎖領域に位置し、大きな空孔はPTFEの非晶領域に位置することから、ガス透過性の抑制には非晶領域の空隙率低下が重要であるとの知見を得た。

論文

Suppression of vacancy aggregation by silicon-doping in low-temperature-grown Ga$$_{1-x}$$Cr$$_{x}$$N

薮内 敦*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; Zhou, Y.-K.*; 長谷川 繁彦*; 朝日 一*

Applied Physics Letters, 102(14), p.142406_1 - 142406_4, 2013/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.34(Physics, Applied)

Effect of Si doping on low-temperature grown GaCrN films has been investigated by positron annihilation spectroscopy. In undoped GaCrN films grown at 540 $$^{circ}$$C, vacancy clusters with sizes of V$$_6$$-V$$_{12}$$ were found to be responsible for positron trapping. Such vacancy clusters were considerably suppressed in Si-doped GaCrN films grown at 540 $$^{circ}$$C, although divacancies (V$$_{Ga}$$V$$_N$$) still survived. The Si-doping may be one possible way to suppress vacancy aggregation during low temperature crystal growth, and the further methods to remove divacancies are required.

論文

Influence of oversized elements (Hf, Zr, Ti and Nb) on the thermal stability of vacancies in type 316L stainless steels

薮内 敦*; 前川 雅樹; 河裾 厚男

Journal of Nuclear Materials, 430(1-3), p.190 - 193, 2012/11

 被引用回数:22 パーセンタイル:87.2(Materials Science, Multidisciplinary)

To reveal the influence of oversized elements on the thermal stability of vacancies in type 316L stainless steels, vacancy recovery processes were investigated by means of positron annihilation spectroscopy. Although vacancies in additive-free 316L stainless steels were mobile at 300$$^{circ}$$C, which is a typical nuclear reactor operating temperature, vacancies in oversized elements doped 316L were stable up to 300 $$sim$$ 350$$^{circ}$$C. This result indicates that oversized elements stabilize vacancies in stainless steels. Stability of vacancies inhibits the radiation-induced grain boundary segregation and may also lead to suppression of high-temperature water stress corrosion cracking that is observed in nuclear materials.

論文

Doppler broadening of annihilation radiation measurements on 3$$d$$ and 4$$f$$ ferromagnets using polarized positrons

河裾 厚男; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海

Physical Review B, 85(2), p.024417_1 - 024417_6, 2012/01

 被引用回数:14 パーセンタイル:55.72(Materials Science, Multidisciplinary)

$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga線源からの偏極陽電子を用いて3$$d$$強磁性体(Fe,Co,Ni)と4$$f$$強磁性体(Gd,Tb,Dy)の磁場中におけるドップラー拡がりスペクトルの測定を行った。得られたスペクトルの磁場依存性は、明瞭に異なる変化を示すことがわかった。これらは、それぞれの物質のバンド構造の違いを反映していることが解明された。Gdの磁性は5$$d$$電子を媒介とした4$$f$$電子の磁気秩序に起源があるが、陽電子は5$$d$$電子の偏極効果を検出していることがわかった。3$$d$$強磁性体のスペクトルの磁場効果は室温以下の温度ではほとんど変化しないが、4$$f$$強磁性体のそれは強磁性相転移に伴って変化することが明らかになった。

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

Vacancy defects in a stress-corrosion-cracked Type 304 stainless steel investigated by positron annihilation spectroscopy

薮内 敦; 前川 雅樹; 河裾 厚男

Journal of Nuclear Materials, 419(1-3), p.9 - 14, 2011/12

 被引用回数:13 パーセンタイル:74.14(Materials Science, Multidisciplinary)

応力腐食割れにおける原子空孔形成について明らかにするため、SUS304ステンレス鋼において応力腐食割れ発生に寄与する3つの因子(鋭敏化熱処理,腐食処理、及び引張塑性変形)の影響を陽電子消滅法を用いて調べた。鋭敏化熱処理及び引張塑性変形によって導入された空孔型欠陥は単原子空孔であると同定された。これらの単原子空孔は軽水炉運転温度域(280-320$$^{circ}$$C)で消失した。これらの結果より、高温水中応力腐食割れ亀裂進展において、空孔型欠陥が重要な役割を果たしている可能性があると結論付けた。

論文

Spin-polarized positron annihilation measurements of polycrystalline Fe, Co, Ni, and Gd based on Doppler broadening of annihilation radiation

河裾 厚男; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海

Physical Review B, 83(10), p.100406_1 - 100406_4, 2011/03

 被引用回数:20 パーセンタイル:66.65(Materials Science, Multidisciplinary)

高スピン偏極陽電子源$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Gaを用いて磁場中で測定したFe, Co, Ni及びGd多結晶の消滅光子ドップラー拡がりスペクトルは、明瞭な磁場反転非対称性を示した。磁場極性反転の差分スペクトルは、陽電子と電子の偏極を考慮した第1原理計算により再現された。Fe, Co及びNi試料の磁場反転非対称性の大きさは、これらの有効磁化に比例することが知られた。Fe試料のドップラー拡がりスペクトルの磁場依存性は磁化曲線に擬えるヒステリシスを示した。これらの結果はスピン偏極陽電子消滅が磁性体の研究に有用であることを示唆している。

論文

高スピン偏極陽電子源の製造

河裾 厚男; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 176, 2011/01

われわれは、高スピン偏極陽電子源として$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga放射性同位元素の製造を行っている。われわれは、20MeV又は25MeVプロトンビームを$$^{69}$$Ga標的物質に照射し、$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga放射性同位元素の生成を確認した。溶融石英中に生成させたポジトロニウム消滅率の磁場依存性から、$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga放射性同位元素から放出される陽電子の縦偏極率が最低でも80%以上であることがわかった。

論文

分子線エピタクシー法で創製したGaCrN中の空孔型欠陥の陽電子ビームによる研究

河裾 厚男; 薮内 敦; 前川 雅樹; 長谷川 繁彦*; Zhou, Y.-K.*; 朝日 一*

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 148, 2011/01

分子線エピタクシー法で創製したGaCrN中の空孔型欠陥をエネルギー可変低速陽電子ビームを用いて評価した。陽電子寿命測定及び消滅$$gamma$$線ドップラー効果測定の結果、540$$^{circ}$$Cで成長させたGaCrN中には空孔型欠陥が生成していることがわかった。理論解析との照合から、この空孔型欠陥が、副格子点8個分の大きさに相当する空孔クラスターであることがわかった。Si添加によるGa副格子の占有に伴って、空孔クラスターは消失するが、別種の空孔型欠陥が生成することがわかった。電子運動量分布に基づく解析から、この空孔型欠陥は窒素空孔とSi原子の複合体であることが判明した。

論文

Vacancy generation around an SCC crack tip in stainless steels probed by a positron microbeam

薮内 敦; 前川 雅樹; 河裾 厚男

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 142, 2011/01

応力腐食割れ(SCC)亀裂進展に伴う格子欠陥導入について検証するため、沸騰MgCl$$_2$$水溶液による加速腐食処理によりSUS304箔試料にSCC亀裂を生じさせ、亀裂周辺の格子欠陥分布状況について陽電子マイクロビームを用いて評価した。その結果、SCC亀裂から200-400$$mu$$mまでの領域で陽電子消滅$$gamma$$線エネルギー分布のピーク中心強度の増大が見られた。SCC亀裂周辺から得た陽電子消滅スペクトルの、亀裂から離れた部位から得た陽電子消滅スペクトルに対する相対変化は、引張試験片の引張前後での陽電子消滅スペクトルの相対変化と良い一致を示し、また第一原理計算より導出した単原子空孔での陽電子消滅スペクトルの、完全結晶での陽電子スペクトルに対する相対変化とも一致することから、SCC亀裂周辺に存在するひずみにより導入された塑性変形誘起空孔が亀裂周辺でのピーク中心強度の増大をもたらしたと結論付けた。

論文

Fabrication of diluted magnetic semiconductor crystals by ion-implantation technique

薮内 敦; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 境 誠司; 山本 春也

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 131, 2011/01

イオン注入法は非平衡濃度の不純物元素を結晶中に低温で添加することができる技術であり、これは二次相の析出を抑制しつつ高濃度に磁性元素を添加することが求められる希薄磁性半導体(DMS)結晶の創製においても有用な手法である。イオン注入法では照射誘起空孔が導入されるが、空孔の存在がDMSの磁性発現に影響を与える可能性が言われていることから、DMS結晶中の空孔型欠陥のアニール挙動を調べることは重要である。本研究では化合物半導体結晶に磁性元素をイオン注入することによるDMS結晶の創製を試みるとともに、照射誘起空孔の熱回復挙動について評価した。その結果、最大380keVで1$$times$$10$$^{16}$$Cr$$^{+}$$/cm$$^2$$のCrイオンを注入したn-ZnO(0001)単結晶中の照射誘起空孔はN$$_2$$雰囲気中での900$$^{circ}$$C$$times$$30分の熱処理によりほぼ未照射の状態まで回復することが陽電子消滅測定より明らかになった。本試料では、1100$$^{circ}$$Cアニール後のXRD測定でも二次相の析出は認められなかったものの、SQUID測定から明瞭な磁気ヒステリシスは観測されなかった。

論文

Development of spin-polarized positron source using high energy proton beam

前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 262, p.012035_1 - 012035_4, 2011/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.37

スピン偏極陽電子を用いると、物質内部や表面・界面の余剰スピンの検出が可能となり、スピントロニクス材料分野へ応用できる。高い偏極率と強度を持つ陽電子源として、われわれは$$^{68}$$Geに注目した。これは半減期280日で壊変し、娘核$$^{68}$$Gaが放出する最大エネルギー1.9MeVの陽電子を利用する。理論上のスピン偏極率は90%である。線源の生成には高エネルギー陽子線による$$^{69}$$Ga(p,2n)$$^{68}$$Ge反応を用いる。ターゲットとして液体Ga及びGaN結晶を選択した。生成率は0.16$$sim$$0.24MBq/$$mu$$A/hであった。放出される陽電子のスピン偏極率をパラポジトロニウム消滅割合の磁場反転依存性を用いて測定したところ、90%程度であることが確認された。

論文

Defect structure of MBE-grown GaCrN diluted magnetic semiconductor films

薮内 敦; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 長谷川 繁彦*; Zhou, Y. K.*; 朝日 一*

Journal of Physics; Conference Series, 262(1), p.012066_1 - 012066_4, 2011/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.06

CrドープGaNは室温希薄磁性半導体材料として期待されている。磁気特性を得るためには高濃度にCrを固溶させることが重要であるが、一般的なGaNのMBE成長温度ではCrN相が析出してしまうため、低温での結晶成長が試みられている。しかしこの場合、空孔型欠陥の導入が懸念される。そこで本研究ではMBE成長GaCrN結晶中の欠陥構造について低速陽電子ビームを用いて評価した。MOCVD-GaN(2$$mu$$m)/Sapphireテンプレート基板上にMBE成長によりGaN(4nm)/GaCrN(500nm)/GaN(40nm)構造を作製した。GaN層の成長温度は700$$^{circ}$$Cであり、GaCrN層(Cr濃度0.7%)の成長温度は700$$^{circ}$$Cもしくは540$$^{circ}$$Cである。それぞれの成長温度についてSiドープ試料とアンドープ試料を用意した。これら試料の陽電子消滅$$gamma$$線ドップラー幅広がり測定と陽電子寿命測定を行った。その結果、低温成長により空孔型欠陥が導入され、さらにその欠陥種もしくは欠陥濃度がSiドープにより変化することを見いだした。消滅$$gamma$$線同時計数ドップラー幅広がり測定並びに陽電子寿命測定の結果から、低温成長のアンドープGaCrN, SiドープGaCrN中にはそれぞれ空孔集合体,単空孔関連欠陥複合体が存在していると結論付けた。

論文

Positron microbeam study on vacancy generation caused by stress corrosion crack propagation in austenitic stainless steels

薮内 敦; 前川 雅樹; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 262, p.012067_1 - 012067_4, 2011/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.37

近年、亀裂先端の応力勾配を駆動力に原子空孔が集積し、応力腐食割れ(SCC)亀裂が進展していくという仮説が提唱されている。しかしそのような原子空孔の生成起源について完全には明らかになっていない。そこで本研究ではSCC亀裂形成時における空孔生成現象に関して、陽電子マイクロビームを用いて調べた。SUS304ステンレス箔を真空中で650$$^{circ}$$C$$times$$24h加熱処理し耐食性を低下させた状態で、沸騰MgCl$$_2$$水溶液中での加速腐食処理によりSCC亀裂を生じさせ、陽電子消滅$$gamma$$線ドップラー幅広がりスペクトル$$N(E)$$を40$$mu$$mステップで取得した。その結果、亀裂周辺200$$sim$$400$$mu$$mの領域でスペクトルのピーク中心強度の増大が観測され、亀裂周辺から得たスペクトル$$N(E)$$を亀裂から離れた領域から得たスペクトル$$N$$$$_{rm Bulk}$$$$(E)$$で除した比率スペクトル$$N$$$$_{rm Bulk}$$$$(E)$$の形状が、引張試験により得られた比率スペクトルの形状並びに第一原理計算により作成した比率スペクトルの形状とよく一致することから、SCC亀裂周辺で観測されたピーク中心強度の増大は塑性変形誘起空孔によりもたらされたものであると結論付けた。

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