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加田 渉; Grilj, V.*; Skukan, N.*; 佐藤 隆博; 牧野 高紘; 小野田 忍; 江夏 昌志; 大島 武; Jak
i
, M.*; 神谷 富裕
no journal, ,
AVFサイクロトロン重イオンマイクロビームラインにおける特徴的な照射技術であるMeV級重イオンの個別照射(シングルイオンヒット)の高度化を目的として、その照射位置の高精度評価を可能にする透過型粒子検出器の開発を行う。生体細胞や半導体試料に対するシングルイオンヒット(イベント)の研究進展には、現行技術と比較して、荷電粒子の照射位置・タイミングをより迅速に、かつ高精度に評価できるリアルタイムのその場検出技術の開発が必要となってきている。本研究では、荷電粒子の大気取出し窓材料として用いることが可能なほど電気的・機械的特性に優れた50
mまでの厚さを有する検出器グレードの多結晶及び単結晶ダイヤモンド薄膜を利用し、透過型粒子検出器を製作してその応答について評価を行った。検出器評価には、アルファ線源及び原子力機構高崎量子応用研究所とクロアチアRBI研究所に設置されたタンデム加速器イオンマイクロビームラインを利用した。実験結果では、単結晶薄膜ダイヤモンドを利用した検出器が、エネルギー分解能や検出効率の点で優位な性能を示した。
本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正
no journal, ,
重元素終端された有極性半導体結晶による表面散乱を利用した、電磁石や静電場を必要としない簡便なイオンビームガイディングの実現を目指し、その基盤研究を行っている。今回は、有極性半導体結晶表面におけるイオンビームの鏡面反射率を通常の金属表面と比較し、その特性を調べた。1MeV及び2MeVの炭素イオンビームを標的(GaN(単結晶Ga面),GaN(単結晶N面),ZnO(単結晶Zn面),ZnO(単結晶O面),Au(多結晶))表面に対し2
で入射し、散乱角3と4における散乱イオンの強度測定及びエネルギー分析を、半導体検出器を用いて行った。その結果、Au面と比較して有極性半導体結晶面は鏡面反射率が高いことがわかった。さらに、GaNではGa面がN面より高い、また、ZnOではZn面がO面より高い反射率を示した。これらから、有極性半導体結晶の重元素終端面がイオンビームの反射(ガイディング)に有効であることが示唆された。
三枝 純
no journal, ,
3月11日の事故を受け、福島県内の多くの学校プールでは、放射性セシウムを含んだ水が河川や農業用水に放出されることへの懸念から、2012年1月現在プール水が排水できないままにある。原子力機構では、プール水を除染するための方法として、各種のセシウム吸着材を使った方法や凝集沈殿法について調査・検討を行った。この結果をもとに、福島県内の学校プールにおいて除染の実証試験を行い、手法の見直しや改良を進めることにより、プール水の除染方法を構築した。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜中にシリコン原子をドープすることにより、DLC薄膜が原子状酸素曝露を受けた際にシリコン酸化保護皮膜が形成されることを、放射光光電子分光法(SR-PES)及びラザフォード後方散乱法(RBS)による表面分析と反応生成物の直接観察を行うことで確認した。シリコン酸化保護皮膜形成の原子状酸素照射エネルギー依存を調べた。その結果、DLC表面に形成されたSiO
膜に起因するシリコン原子のサブオキサイド成分Si
は原子状酸素の運動エネルギー増大に依存して増加することが明らかになった。
錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 石野 雅彦; 山本 稔*; 寺川 康太*; 海堀 岳史; 河内 哲哉; et al.
no journal, ,
フェムト秒レーザー照射によるアブレーション等の現象の理解は、レーザープロセッシングの新たな可能性を開拓するために不可欠であるが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。これらの現象は基本的にはマルチパルス照射によって引き起こされるものであるが、その基礎過程を理解するためには、単一パルス照射によって引き起こされる過程を理解することが重要である。そこで本研究では、プラズマ励起軟X線レーザー(13.9nm, 7ps)をプローブ光としてフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブの時間分解反射率イメージングを行い、チタンサファイア再生増幅システムからのパルス光(795nm, 80fs)による白金のレーザーアブレーション過程の時間分解軟X線反射率イメージングを行った。フェムト秒レーザーの照射強度によって生成されるアブレーション領域を3つの領域に分けて得られた反射率の時間分解計測結果について講演を行う。
石井 保行; 大久保 猛; 三宅 善信*; 神谷 富裕
no journal, ,
原子力機構では、高エネルギーの集束プロトンビームを小型の装置で実現するため、原子力機構でこれまで開発してきた小型で、高縮小率が得られる二段加速レンズ系を基礎として、このレンズの後段に高エネルギー化、及び高縮小率化のための、加速管を第3加速レンズとして配置することとした。この研究の一環として、300keVで100nm径の形成を目指した最大電圧300kV用の単一ギャップの加速レンズの設計を行った。設計方針として、レンズ外に集束点を形成する条件で、縮小率を最大に、しかも球面及び色収差の大きさが、ビーム径以下となることとした。これを実現するため、種々な電極形状・配置について電場計算を行い、この結果を用いて、集束点位置及び収差係数の計算を行った。最終的に、これらの計算結果に基づいて目的の加速管の形状を決めた。発表では、上記計算、及び装置の開発状況に関して報告する。
運動エネルギー誘起Al(111)窒化におけるインキュベーション時間の623K以下での表面温度依存性神農 宗徹*; 寺岡 有殿; 高岡 毅*; 吉越 章隆; 米田 忠弘*
no journal, ,
473KのAl(111)表面に超音速N分子線を照射すると並進運動エネルギー1.8eVをしきい値として直接窒化反応が起こる。このとき、N原子が1nm程度バルク側に拡散することも見いだされ、基板温度の影響を示唆する結果を得ているので、300Kから623Kの範囲での並進運動エネルギー誘起窒化の表面温度依存性について調べた。本来、物理吸着を経由した解離吸着では、基板温度が高いほど物理吸着状態の寿命が短くなるため反応確率が小さくなる。しかし、並進運動エネルギー誘起窒化においては逆の傾向を示したことから、この反応は最表面での物理吸着経由の解離吸着ではない。そこで、二段階の反応を仮定した。第一段階は非常に小さな確率でN分子が運動エネルギー誘起吸着する。基板温度に依存してN原子の拡散が起こり、より安定な吸着構造が局所的に形成される。第二段階は、その局所吸着構造にN分子が衝突して解離吸着が起こり表面窒化が進行する。N原子の拡散で形成される局所吸着構造を窒化の前駆体と考え、その前駆体形成に基板温度が影響すると解釈する。
大場 弘則; 佐伯 盛久; 若井田 育夫
no journal, ,
「次世代燃料の遠隔分析技術開発とMOX燃料による実証的研究」のうち、気液界面を用いた溶存元素のレーザー発光分光分析特性に関する報告である。ナトリウムやストロンチウム水溶液を用いて層流液体を循環させた気液界面としてノズルから噴出する液体薄膜を形成した。これをターゲットにレーザー光を集光照射して発光スペクトルを取得した結果、それぞれの単一元素濃度を変化させて得られる発光強度から検出下限を求めると5
10ppbとなり、ICP-AES装置と同程度の高感度分析が可能なことを示した。これまで、レーザー誘起発光分光法における液体試料の分析感度向上には飛沫抑制のためのガス導入を伴うフロー液柱やレーザーのダブルパルス化等が適用されてきた。今回われわれは、液体薄膜を用いた簡便な装置を構築することによって高感度の発光分光分析を可能にした。
板垣 亘
no journal, ,
「常陽」は、原子炉停止時においても原子炉容器内は約200Cの高温で管理され、約300Gy/hの極めて高い放射線環境にある。また、冷却材のナトリウムは化学的に活性であるため、原子炉容器は上部に設置された回転プラグにより気密性が保たれている。このため、直接的な視認は不可能であり、観察の際にはナトリウム液位を下げ、観察装置を回転プラグに設けた貫通孔から気密性を維持した状態で原子炉容器内に挿入し、遠隔操作で観察を行う必要がある。「常陽」では、平成19年に発生した計測線付実験装置との干渉による燃料交換機能の一部阻害を契機として、炉内干渉物の状況把握,炉内構造物の健全性確認等のため、ファイバスコープを用いた原子炉容器内観察を実施した経験を有している。また、改良したイメージファイバの照射試験を実施し、原子炉容器内観察装置の長寿命化の見通しを得た。これらの遠隔操作による高温・高放射線環境下の観察技術は、原子力災害時の施設・設備の調査技術としても応用が期待できる。
2及びSi(110)-62単一ドメイン表面をテンプレートとした分子ナノワイヤー作製山田 洋一*; Sinsarp, A.*; 横山 有太; 朝岡 秀人; 佐々木 正洋*
no journal, ,
Si(110)及びGe(110)表面は162構造と呼ばれる特異な擬一次元表面再構成構造を有する。特に162構造の単一ドメインは、非常に均一な一次元性を有するため、ナノワイヤー作製のテンプレートとしての利用が期待されている。本研究では、Si(110)-162及びGe(110)-162の単一ドメインを作製することに成功した。さらに、Ge(110)-162単一ドメイン表面において、
C分子のナノワイヤー作製に成功した。
出来 真斗; 牧野 高紘; 富田 卓朗*; 大島 武; 児島 一聡*
no journal, ,
炭化ケイ素(SiC)半導体デバイスのイオン誘発故障(シングルイベント効果)のメカニズム解明には、結晶損傷等によりデバイス特性が劣化しない測定条件で評価を行う必要がある。その条件を把握するため、金属-酸化膜-半導体(MOS)ダイオードの酸化膜のリーク電流がデバイス特性劣化に敏感であることに着目し、イオン照射条件と酸化膜リーク電流の関係を調べた。六方晶(4H)SiC基板を用いて作製したMOSダイオードに-15Vの電圧を印加した状態で、18MeV酸素イオンを610
/cm
まで照射し、照射中の酸化膜のリーク電流を計測した。その結果、イオン入射直後に数pAのピークを示すが、イオン入射量の増加に伴って減少し、最終的に飽和した。照射直後の電流値の変動は、イオン照射によりデバイス内部の電界強度が変動したため、収集されるイオン誘起電流の量が変化したためと考えられる。一方、飽和後のリーク電流の値は1pA以下であった。これより、この印加電圧、イオン照射条件では、結晶損傷によるデバイス特性劣化は発生しないことが判明した。
吉原 一輝*; 加藤 正史*; 市村 正也*; 畑山 智亮*; 大島 武
no journal, ,
耐放射線性炭化ケイ素(SiC)半導体デバイス開発には、照射欠陥とデバイス性能の関係を明らかにする必要がある。本研究では、電子線照射によって欠陥を導入したp型六方晶(4H)SiCを用いて、電流-深部欠陥準位特性測定(DLTS)を行うことで、生成される欠陥準位の観測を試みた。試料は、Alをドーピングすることでp型化した4H-SiCを用い、160keVの電子線を110
cm
又は110
cm照射することで欠陥を導入した。電流DLTS測定の結果、110cm照射試料では、130K, 150K, 165Kにピークを持つ欠陥シグナルが、110cm照射試料からは、145K, 175K, 205Kにピーク持つ欠陥シグナルが観測された。それぞれの試料で観測されたピーク値の温度が異なることから、異なる欠陥が形成されているといえる。このことから、照射量の増加とともに、欠陥構造が変化し、より複雑な複合欠陥が形成されていることが示唆された。また、照射した試料を窒素雰囲気中1000Cで10分間熱処理したところ、欠陥シグナルのピーク温度がシフトするものの、欠陥シグナルは消滅しなかった。よって、この熱処理によって欠陥構造は変化するが、結晶性は回復しないことが判明した。
8)表面の室温酸化の促進岡田 隆太; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 山田 洋一*; 佐々木 正洋*
no journal, ,
次世代デバイス材料としてSiよりも移動度などで優れた物性を有するGeが期待されている。Geを電界効果トランジスタ(FET)に応用するためには、Ge酸化膜の制御が不可欠である。またデバイスでは、さまざまな結晶面上のGe酸化膜が考えられる。本研究によってGeの代表的な低指数面である(111)の室温酸化反応に対して、超音速酸素分子線によって、バックフィリングより酸化が進むことが放射光XPSによるその場観測から明らかになった。本研究で観測されたGeのXPSスペクトルの比較から、超音速酸素分子線による酸化はバックフィリング酸化よりも、高配位の酸化成分を持つことが明らかになった。本研究は、高品質なGe酸化膜を形成する応用上重要な基礎的知見となる。
系水素吸蔵合金の水素吸収特性変化阿部 浩之; 村木 啓太*; 岸本 雅彦*; 内田 裕久*; 大島 武
no journal, ,
MmNi系水素吸蔵合金はNi-MH電池やハイブリットカーに搭載されているバッテリーの負極材料として広く使用されている。これらのさらなる性能向上として、水素吸蔵材料の合金開発が要求されている。より高い水素吸蔵能として水素の吸収,放出の速さも要求の一つとなっている。反応速度は材料表面状態に非常に敏感なことから、本研究では表面改質を目的として電子線照射を行った。電子線照射中の環境の違い(大気,Heガス,真空)と水素吸収特性の相関を調べた結果、未照射サンプルに比べ、大気と真空中照射は水素吸増量は14倍,3倍とそれぞれ向上が確認できた。XPS測定により、これらのサンプル表面には多量な酸化膜層が形成されていることが判明した。このことからROx(R-希土類)などの酸化物が表面に形成されることで水分子の解離を促進し、水素吸蔵速度が著しく向上したと推測される。
乙部 智仁
no journal, ,
時間依存密度汎関数法の基礎方程式である時間依存Kohn-Sham方程式をブロッホの定理に基づいて実時間実空間法で解くことで、強いレーザーによるダイアモンド中での高次高調波発生のシミュレーションを行った。その結果バンドギャップを超えるエネルギーの光のスペクトルは基本波より広い幅を持つことがわかった。さらに光学絶縁破壊が起きることで基本波とともに高調波も青方偏位することがわかった。
喜多村 茜; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 小林 知洋*
no journal, ,
イオンマイクロビームがPTFE(テフロン)表面の微細加工に有用であることをより明らかにするため、直径1mに集束させたエネルギー3MeV,電流値200pAのプロトンビームを用いた実験を行った。この結果から、照射効果に影響を与えることが予想された3つのパラメータであるビーム走査の速度,形状及び繰返回数(同一の形状で重ね描く回数)のそれぞれについて、表面隆起による三次元構造体を形成する条件を明らかにした。また、同一の照射量の場合であっても、走査の速度及び繰返回数の組合せにより、照射量に対応した異なった形状を得ることができた。これらの形状変化は、照射条件で異なる試料表面温度及び上昇速度の特性にも起因していると推察される。
1表面の酸化状態吉越 章隆; 寺岡 有殿; 岡田 隆太; 山田 洋一*; 佐々木 正洋*
no journal, ,
次世代デバイス材料としてSiよりも優れた移動度を有するGeが期待されている。Geを電界効果トランジスタ(FET)材料に応用するためには、極薄酸化膜をよく制御した表面の作製が不可欠である。本研究では、Ge(100)単結晶表面の室温における酸化反応を放射光XPSによるその場計測によって調べた。特に超音速酸素分子線技術を用いることで、入射酸素のエネルギーと酸化反応との関連を詳細に検討した。この結果、入射酸素分子線のエネルギーの増加とともにGeの高酸化数のGeの割合が多くなることがわかった。本研究は、高品質なGe酸化膜を実現するうえで重要な基礎的知見となる。
-FeSi半導体中のナノ金属相作製笹瀬 雅人*; 岡安 悟; 山本 博之
no journal, ,
-FeSiは光通信材料等への応用が期待される半導体物質である。一方これと組成の極めて近い
-FeSiは金属相であり、イオン照射等により局所的に相転移を起こすことができれば、その物性制御に極めて有効である。本研究では-FeSi薄膜に高エネルギー重イオンを照射し、これにより生じる相変化について透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察を行った。この結果、得られたTEM像からビームの照射方向に沿って平均直径6nm程度の円柱状欠陥が生成していることが観察された。さらに、電子線回折法により欠陥内において相から相への構造変化が生じていることが確認された。
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*
no journal, ,
高エネルギー重イオン1個が半導体に誘起するシングルイベント効果(Single Event Effect: SEE)を評価するために、ブロードビームと位置検出技術を組合せてマイクロビーム照射実験と同等の実験、つまりイオン誘起電荷のマッピング像を測定することができる装置の開発に取り組んでいる。不純物として窒素を多く含む単結晶ダイヤモンド基板に対して、室温で2MeVの電子線を照射し、空孔を導入した。熱処理を施すことで、窒素と空孔を結合させ、Nitrogen Vacancy (NV)センターを多量に含むダイヤモンドを作成した。フォトルミネッセンス測定により、NVセンターが含まれていることを確認した。この試料に対し、イオン照射を行った結果、単一イオン検出が可能であることがわかり、NVセンターを含むダイヤモンドが発光体として有望であることがわかった。
伊藤 拓人*; 大西 諒*; 出来 真斗; 富田 卓朗*; 松尾 繁樹*; 橋本 修一*; 北田 貴弘*; 井須 俊郎*; 小野田 忍; 大島 武
no journal, ,
フェムト秒レーザーを炭化ケイ素(SiC)基板に照射することでSiC中の電気伝導制御を試みた。フェムト秒レーザーを半絶縁性六方晶(6H)SiC基板のSi面に照射した。照射領域の抵抗率とレーザーの偏光方向との関係を検証した結果、これまで明らかにされていなかった円偏光の条件においては、抵抗値が5桁以上も低下することが明らかになった。さらに、Scanning Electron Microscopes (SEM)観察とラマン分光測定をしたところ、今回の円偏光の場合は、これまでに5桁抵抗値が減少することを明らかにしたレーザー走査方向と平行な直線偏光の場合と類似する構造と組成であることが見いだされた。これにより、照射領域の抵抗率とレーザーの偏光方向との関係が明らかになった。