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論文

Defect formation and accumulation in CeO$$_{2}$$ irradiated with swift heavy ions

安田 和弘*; 江藤 基稀*; 澤田 憲一*; 山本 知一*; 安永 和史*; 松村 晶*; 石川 法人

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.185 - 190, 2013/11

 被引用回数:18 パーセンタイル:8.27(Instruments & Instrumentation)

核燃料模擬物質CeO$$_{2}$$において、高エネルギー核分裂片による照射損傷形態を詳細に調べるために、210MeV Xeイオンの照射量を系統的に変えた試料をそれぞれ透過型電子顕微鏡で観察した。その結果、イオンの軌跡から動径方向に半径8.4nmの範囲で、既に形成されていたイオントラックが消滅すること(照射アニーリング)が分かった。したがって、CeO$$_{2}$$中の高エネルギーイオンの通過によって、イオントラックの形成および転位ループの形成が引き起こされるだけでなく、照射アニーリングの効果も存在することが初めて示された。イオンの影響領域が、繰り返し重畳する1$$times$$10$$^{20}$$ions/m$$^{2}$$の高照射量領域では、転位ループ(ドットコントラスト)や転位線も観察されることが分かった。この高照射量領域になると、高密度の転位蓄積が転位壁を形成したことに起因すると考えられる微小結晶粒の形成も観察された。

論文

Change in magnetic properties induced by swift heavy ion irradiation in CeO$$_{2}$$

清水 浩貴*; 小杉 晋也*; 田原 佑規*; 安永 和史*; 金田 保則*; 石川 法人; 堀 史説*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 286, p.291 - 294, 2012/09

 被引用回数:16 パーセンタイル:13.43(Instruments & Instrumentation)

非磁性酸化物CeO$$_{2}$$への高速重イオン(200MeV Xe)照射によって、強磁性が発現することを初めて突き止めた。照射量増加に伴い、系統的に飽和磁化が変化することがわかった。発現した強磁性の起源を推定するために、照射試料についてXRD(X線回折)測定,XPS(X線光電子分光)測定を行った。その結果、照射によってCeO$$_{2}$$中の酸素欠損が増加することが示唆された。酸素欠損の形成に伴って、Ce$$^{4+}$$がCe$$^{3+}$$に変化することによって、Ceの局在化した4f電子が磁気モーメントに寄与するプロセスを提案し、合理的に現象を説明できることを示した。本研究は、原子力機構の施設供用制度に基づいて行われた成果である。

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

Study of irradiation induced restructuring of high burnup fuel; The New cross-over project (NXO) to study rim-structure formation

木下 幹康*; Geng, H. Y.*; Chen, Y.*; 金田 保則*; 岩沢 美佐子*; 大沼 敏治*; 園田 健*; 安永 和史*; 松村 晶*; 安田 和弘*; et al.

Proceedings of 2006 International Meeting on LWR Fuel Performance (TopFuel 2006) (CD-ROM), p.248 - 254, 2006/10

ニュー・クロスオーバー・プロジェクト(NXO)は、核燃料物質に対する核分裂放射線照射の影響を大学,国立・私立の研究所に渡る横断的な協力研究により検討している。加速器照射実験及び計算科学的手法を使用して、高燃焼度軽水炉燃料ペレットでリム構造を構成する機構を解明するためのシミュレーション研究が実施されている。加速器照射,高エネルギー電子線照射,核分裂エネルギー粒子線及び希ガス原子のイオン注入等が実施されている。照射試料としては、CeO$$_{2}$$を核燃料の模擬物質として使用した。最初の成果として、高エネルギー電子照射による平面構造形成、及び、高線量の高エネルギー粒子放射による結晶粒微細化に似た表面改質が観察された。第一原理及び分子動力学(MD)計算を用いた解析を実施し、UO$$_{2}$$とCeO$$_{2}$$の点欠陥形成エネルギー及び点欠陥を伴ったXe原子の相互作用についての情報が得られた。

論文

Thermal desorption of deuterium from ion irradiated Be$$_{12}$$Ti

岩切 宏友*; 安永 和史*; 吉田 直亮*; 内田 宗範*; 河村 弘

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part A), p.880 - 884, 2004/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.82(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合ブランケット用中性子増倍材として検討されているBe$$_{12}$$Tiについて、安全性に影響を与えるトリチウム保持特性について、重水素イオン打込みと昇温脱離実験により明らかにした。$$^{w}$$5mm$$times$$$$^{l}$$10mm$$times$$$$^{t}$$1mmのBe$$_{12}$$Ti試料に8keVで2$$times$$10$$^{21}$$ions/m$$^{2}$$の重水素を打込んだ後、1K/secの昇温速度で1700Kまで加熱した。室温打込の場合、10%の重水素が保持され400Kで全て放出した。Beの場合は、室温照射では83%の重水素が保持し、全て放出するのは960Kであった。これらの結果から、Be$$_{12}$$TiはBeに比べて良好なトリチウム保持特性を有することが明らかになった。

口頭

新クロスオーバ研究「照射・高線量領域の材料挙動制御のための新しいエンジニアリング」,4; 加速器を用いた模擬実験技術の開発

左高 正雄; 石川 法人; 知見 康弘; 大久保 成彰; 園田 健*; 松村 晶*; 安田 和弘*; 安永 和史*; 椎山 謙一*; 阿部 弘亮*; et al.

no journal, , 

文部科学省受託研究である新クロスオーバ研究「照射・高線量領域の材料挙動制御のための新しいエンジニアリング」の進捗状況と今後の計画に関するシリーズ発表の一つとしての「加速器を用いた模擬実験技術の開発」についての発表を行う。軽水炉燃料の高燃焼度化に伴い発生するリム組織形成機構についての基礎的理解を得るため、原子力科学研究所タンデム加速器を用いて、原子炉内での核分裂による照射環境を模擬する技術・装置を開発しているが、その研究の進捗状況と今後の研究について報告する。

口頭

新クロスオーバー研究「照射・高線量領域の材料挙動制御のための新しいエンジニアリング」,5; 燃料模擬物質の照射組織の微細観察と分析

松村 晶*; 安田 和弘*; 安永 和史*; 椎山 謙一*; 園田 健*; 阿部 弘亨*; 岩井 岳夫*; 左高 正雄; 石川 法人; 知見 康弘; et al.

no journal, , 

文部科学省受託研究である新クロスオーバー研究「照射・高線量領域の材料挙動制御のための新しいエンジニアリング」の進捗状況と今後の計画に関するシリーズ発表の一つとして「燃料模擬物質の照射組織の微細観察と分析」についての発表を行う。軽水炉燃料の模擬材料としてのセリアへのイオン・電子線照射を行い、電子顕微鏡及び分光分析から微細組織変化に及ぼすさまざまな照射効果(照射欠陥蓄積過程,高密度電子励起過程,重畳効果、等)について検討を進めた結果について発表する。

口頭

Xe予注入したCeO$$_{2}$$における高密度電子励起による転位組織の回復

安永 和史*; 園田 健*; 安田 和弘*; 椎山 謙一*; 松村 晶*; 左高 正雄; 石川 法人; 知見 康弘; 大久保 成彰; 岩瀬 彰宏*; et al.

no journal, , 

高燃焼度の軽水炉燃料に生じるリム組織の形成機構に関する知見を得ることを目的としてCeO$$_{2}$$に対して加速器を用いて照射実験を行った。Xeを2at.%予注入した試料に対して、さらに高エネルギー重イオンを重畳照射することによってXe予注入領域の転位組織の再配列現象が確認された。予注入は、イオンインプランター(285keV)を用いて照射量1$$times$$10$$^{20}$$/m$$^{2}$$の条件で行った。Xe予注入領域を、210MeVのXeイオンが通過することに伴って、高密度電子励起を介して転位の再配列による回復が起きたと考えられる。

口頭

新クロスオーバ研究,6; 高燃焼度燃料を模擬したXe注入セラミックス中の高密度電子励起の効果

園田 健*; 石川 法人; 左高 正雄; 大久保 成彰; 安永 和史*; 安田 和弘*; 椎山 謙一*; 松村 晶*; 岩瀬 彰宏*; 木下 幹康*

no journal, , 

セラミックス燃料中に形成される高燃焼度組織の形成機構を解明することを目的として、燃料模擬物質CeO$$_{2}$$の照射効果の分離観察・評価を試みた。本研究では、イオントラック重畳による微細組織変化に関連する高密度電子励起効果,Xe予注入の効果を調べた。210MeV Xeイオンを高照射量まで照射することによって、高エネルギーイオン照射に伴う高密度電子励起効果によって形成されるイオントラックが重度に重なり合い、結果としてサブミクロンオーダーの寸法の微細粒が形成されることがわかった。また、Xe予注入によって、このような表面変化が促進されることがわかった。

口頭

Recovery and restructuring induced by fission energy ions in high burnup nuclear fuel

木下 幹康; 安永 和史*; 園田 健*; 岩瀬 彰宏*; 石川 法人; 左高 正雄; 安田 和弘*; 松村 晶*; Geng, H. Y.*; 一宮 尚志*; et al.

no journal, , 

新クロスオーバ研究で得られた成果概要を示す。高燃焼度燃料におけるセラミックス燃料の細粒化現象についてそのメカニズム解明とシミュレーション手法の開発をすすめている。主要な強調点は以下の2点である。(1)酸化ウランの模擬資料であるセリア(CeO$$_{2}$$)を用いて、イオンインプランターによる燃焼度の模擬、タンデム加速器による核分裂照射の模擬、の2つを組合せることによって細粒化の基礎過程である亜結晶の生成を実現した。(2)実燃料で観察される、上記細粒化の発生直前の事象である、酸素の再配置現象について、計算科学において検討をすすめた。過剰な酸素が存在する場合について(過化学量論組成について)第一原理計算では形成エネルギーの計算により秩序配列を再現することができた。加速分子動力学法では、過剰な酸素原子がクラスターをつくり、常温を含む低温でも高速に拡散運動することを初めて発見した。

口頭

新クロスオーバー研究(NXO),2; 燃料細粒化現象の機構解明をめざしたUO$$_{2}$$及びCeO$$_{2}$$へのイオン照射効果

園田 健*; 石川 法人; 左高 正雄; 大久保 成彰; 安永 和史*; 安田 和弘*; 椎山 謙一*; 松村 晶*; 岩瀬 彰宏*; 木下 幹康

no journal, , 

新クロスオーバー研究として実施した研究で、高エネルギーイオン(210MeV Xe)を照射したCeO$$_{2}$$のイオントラック重畳による微細組織変化の解明,高エネルギーイオン(210MeV Xe)を照射したUO$$_{2}$$中に発生するイオントラックの特徴について報告する。高エネルギーイオン(210MeV Xe)を照射したCeO$$_{2}$$内部では照射前にはなかった粒径(1-2$$mu$$m)が観測され、多くの結晶粒界が見られた。高エネルギーイオンによる高密度電子励起効果の結果として照射欠陥の集積,粒界形成を促進する可能性があることが示された。5-8$$times$$10$$^{14}$$ions/cm$$^{2}$$まで照射したUO$$_{2}$$の気泡表面に照射前にはなかった凸凹状変形が発生した。同様の形状変化は、高エネルギーイオン(210MeV Xe)を照射したCeO$$_{2}$$においても観測されており、CeO$$_{2}$$とUO$$_{2}$$の照射効果の類似点を確認できた。

口頭

新クロスオーバー研究(NXO),3; 高エネルギー重イオン照射されたCeO$$_{2}$$の微細組織発達へのXe蓄積の影響

安永 和史*; 園田 健*; 安田 和弘*; 椎山 謙一*; 松村 晶*; 左高 正雄; 石川 法人; 知見 康弘; 木下 幹康

no journal, , 

高燃焼度時に軽水炉燃料に形成されるリム組織の機構解明を目的として、新クロスオーバー研究として以下の研究を行った。軽水炉燃焼と同じ蛍石型構造のCeO$$_{2}$$に対して、高濃度原子を注入した試料が高エネルギー重イオン照射場環境でどのような損傷を形成するかを調べた。つまり、イオン注入と高エネルギー重イオン照射を重ね合わせた効果を検証した。具体的には、CuとXeの2種類のイオンを注入した試料をさらに高エネルギーイオン照射した試料の微細構造を観察し比較した。20dpaまでCuを注入して高密度に転位を導入した試料を高エネルギー重イオン(210MeV Xe)照射した場合、結晶粒界だけでなく結晶粒内にも亜粒界粒の形成が確認された。Xeを注入した場合には、結晶粒表面にのみ亜粒界粒が観測されたのと対照的である。注入されたXeは、高エネルギー重イオン照射中の転位の移動を抑制していると説明できる。Xe注入の場合にバブルが観測されないことも、その仮説を支持している。

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