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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。
直江 崇; 木下 秀孝; 粉川 広行; 涌井 隆; 若井 栄一; 羽賀 勝洋; 高田 弘
Materials Science Forum, 1024, p.111 - 120, 2021/03
J-PARCの核破砕中性子源に設置されている水銀標的容器は、水銀中に生じる陽子線励起圧力波が引き起こすキャビテーションによって損傷を受ける。キャビテーションによる壊食損傷を低減する方策として、キャビテーションを誘発する圧力波を低減するための水銀中への微小気泡注入に加えて、ビーム窓先端に狭隘流路を有する2重壁構造容器を採用した。損傷低減化策の効果を確認するために、使用後の標的容器先端部を切断し、内部に形成された損傷を観察した。その結果、積算出力1812MWh(平均強度434kW)で微小気泡を注入して運転した2重壁構造容器で観測された損傷は、積算出力1048MWh(平均強度181kW)の気泡を注入しない従来型容器で観測された損傷と同等であった。さらに、狭隘流路に接する側では、気泡が注入された水銀に接する側より著しく損傷が少ないことを確認した。
涌井 隆; 若井 栄一; 粉川 広行; 直江 崇; 花野 耕平*; 羽賀 勝洋; 島田 翼*; 鹿又 研一*
Materials Science Forum, 1024, p.145 - 150, 2021/03
J-PARCの大強度ビーム運転を実現するために、保護容器で覆われた水銀ターゲット容器の新規構造の開発を行ってきた。まず、500kWの安定運転の実現を目的とした第1段階では、初期構造を踏襲した構造で、水銀容器と保護容器の接続方法を改良し、約8か月の500kW利用運転を実現した。1MWの安定運転の実現を目的とした第2段階では、容器の後端のみで接続した新規構造を検討した。新規構造では、熱応力を低減するための水銀容器冷却や内圧に対する保護容器の剛性を増加するための板厚の増加を実施した。その結果、各容器に発生する応力は、日本産業規格の圧力容器規格の許容応力以下となり、1MWビーム運転が可能であることを確認した。
鈴土 知明
Materials Science Forum, 1024, p.87 - 94, 2021/03
タングステン(W)は、中性子イールドが高いため、核破砕中性子源の固体ターゲットに適しており、Wの照射効果の予測は重要である。特に、溶質元素の影響は複雑であり、まだその影響は明確に理解されていない。本論文では、第一原理計算とキネティックモンテカルロ計算を使用して溶質効果について議論する。Wの核変換生成物であるレニウム(Re)とオスミウム(Os)は、照射欠陥の安定性と移動性を大きく変える可能性がある。我々の結果によって、これらの溶質元素の影響が未解決の微細構造変化メカニズムを説明していることが示唆された。
Harjo, S.; 川崎 卓郎; 友田 陽*; Gong, W.
Materials Science Forum, 905, p.46 - 51, 2017/08
To understand the strengthening mechanism of a metallic material with high dislocation density, the plastic deformation behavior of lath martensite was studied by means of in situ neutron diffraction measurements during tensile deformations using a 22SiMn2TiB steel and a Fe-18Ni alloy. The characteristics of dislocation were analyzed and were discussed with the relation of stress-strain curves. The dislocation densities induced by martensitic transformation during heat-treatment in both materials were found to be originally as high as 10
m
order, and subsequently to increase slightly by the tensile deformation. The parameter M value which displays the dislocation arrangement dropped drastically at the beginning of plastic deformation in both materials, indicating that the random arrangement became more like a dipole arrangement.
友田 陽*; 佐藤 成男*; Uchida, M.*; 徐 平光; Harjo, S.; Gong, W.; 川崎 卓郎
Materials Science Forum, 905, p.25 - 30, 2017/08
Microstructural change during hot compressive deformation at 700 
C followed by isothermal annealing for a Fe-32Ni austnitic alloy was monitored using 
neutron diffraction. The evolution of deformation texture with 40% compression and its change to recrystallization texture during isothermal annealing were presented by inverse pole figures for the axial and radial directions. The change in dislocation density was tracked using the convolutional muli-profile whole profile fitting method. To obtain the fitting results with good statistics, at least 60 s time-slicing for the event-mode recorded data was needed. The average dislocation density in 60 s after hot compression was determined to be 2.8 
10
m that decreased with increasing of annealing time.
岩本 直也*; Azarov, A.*; 大島 武; Moe, A. M. M.*; Svensson, B. G.*
Materials Science Forum, 858, p.357 - 360, 2016/05
Thermal stability of deep level defects in high purity semi-insulating (HPSI) 4H-Silicon Carbide (SiC) substrates was studied. The samples were annealed from 700 to 1700 C, and Schottky barrier diodes (SBDs) were fabricated on the samples. The SBDs were characterized by current-voltage, capacitance-voltage and admittance spectroscopy measurements. The forward current of SBDs increased substantially with the increase of annealing temperature, while the reverse leakage current remained below 10
A. The capacitance of the samples annealed at 1400 and 1500 C was essentially zero at bias voltages between 0 and 10 V, but after 1600 and 1700 C annealing, the capacitance increased and started to respond to the bias voltage. The net hole concentrations in the 1600 and 1700 C annealed substrates were estimated to be 0.5
110 and 1410 /cm
, respectively. From admittance spectroscopy, five defect levels were detected. Defect peaks relating to boron acceptors increased although defect peaks with deep levels decreased with increasing annealing temperature. Therefore, it can be concluded that deep levels which act as compensation centers for boron acceptors dissociate by high temperature annealing, and as a results, hole concentration increases.
横関 貴史; 阿部 浩之; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; 土方 泰斗*; 大島 武
Materials Science Forum, 821-823, p.705 - 708, 2015/07
Since silicon carbide (SiC) has high radiation resistance, it is expected to be applied to electronic devices used in harsh radiation environments, such as nuclear facilities. Especially, extremely high radiation resistant devices (MGy order) are required for decommissioning of TEPCO Fukushima Daiichi nuclear reactors. The development of radiation resistant devices based on Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) FETs is important since MOSFETs can easily realize normally-off and low-loss power devices. In this study, we irradiated vertical power 4H-SiC MOSFETs with gamma-rays up to 1.2 MGy, and investigated the recovery of their degraded characteristics due to thermal annealing up to 360 C. The drain current (I
) - gate voltage (V
) curves of SiC MOSFETs shift to the negative voltage side and the leakage of I increased by irradiation at 1.2 MGy. After the irradiation, the MOSFETs were kept at RT for 240 h. By the RT-annealing, no significant change in the degraded electrical characteristics of SiC MOSFETs was observed. The degraded characteristics of SiC MOSFETs began to recover by annealing above 120 C, and their characteristics reach almost the initial ones by annealing at 360 C.
Harjo, S.; 相澤 一也; 阿部 淳*; Gong, W.; 伊藤 崇芳*; 川崎 卓郎; 岩橋 孝明
Materials Science Forum, 777, p.12 - 18, 2014/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.07(Materials Science, Multidisciplinary)Current status of a dedicated neutron diffractometer (TAKUMI) for investigations of stresses and crystallographic structures in engineering components, that has been built at Materials and Life Science Facility of J-PARC, was introduced as well as the engineering studies done there. Several topics recently performed at TAKUMI were selected to be introduced; internal strains in an ITER central solenoid conductor sample, internal strains in a rebar embedded in an air-cured concrete, deformation behavior TRIP steels at RT and tensile behavior of LPSO Mg-Zn-Y alloys. These topics and the relevant results showed that TAKUMI is a powerful neutron diffractometer for various engineering studies.
梅田 享英*; 岡本 光央*; 荒井 亮*; 佐藤 嘉洋*; 小杉 亮治*; 原田 信介*; 奥村 元*; 牧野 高紘; 大島 武
Materials Science Forum, 778-780, p.414 - 417, 2014/02
被引用回数：2 パーセンタイル：72.7(Crystallography)炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体 電界効果トランジスタ(MOS FET)の界面欠陥を電流検出型磁気共鳴(EDMR)により調べた。SiC MOSFETはカーボン(C)面上に作製し、水蒸気酸化及び800Cでの水素処理、又は、乾燥酸素を用いた二種類の方法によりゲート酸化膜を形成した。乾燥酸素によるゲート酸化膜を有するMOSFETのチャンネル移動度は1cm
/Vs以下であるが、水素処理ゲート酸化膜を有するMOSFETは90cm/Vsである。低温(20K以下)でのEDMR測定の結果、シリコン面上に作製したMOSFETでは観測されないC面特有の欠陥シグナルが検出された。
線照射を行ったところ、このC面特有の欠陥シグナルが大きくなり、それとともにチャンネル移動度が低下することが判明した。これより、水素処理により終端されていたC欠陥が線照射により離脱し、C面固有の欠陥となること、この欠陥がチャンネル移動度の低下に関与することが推測される。
鈴木 裕士; Harjo, S.; 阿部 淳*; 秋田 貢一
Materials Science Forum, 777, p.105 - 111, 2014/02
被引用回数：1 パーセンタイル：53.76(Materials Science, Multidisciplinary)飛行時間中性子回折法において、表面効果や減衰効果によって生じるPseudo-strainに及ぼすビーム発散の影響について検討した。入射ビームの発散をコントロールすることにより、異なる装置分解能において、焼なまし材の表面ひずみスキャンを行った。典型的なPseudo-strain分布が観察されたが、ビーム発散によって異なる傾向を示した。さらに、粗大粒材料のひずみ測定において発生する粗大粒由来のPseudo-strainについても、入射ビームの発散をコントロールすることによって抑制できることを示した。したがって、飛行時間中性子回折計においては、表面効果や減衰効果によって生じるPseudo-strainを抑制するために、入射ビームの発散を十分に考慮することが必要である。
-ray dose rate monitoring藤田 奈津子; 岩本 直也; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武
Materials Science Forum, 778-780, p.1042 - 1045, 2014/02
被引用回数：1 パーセンタイル：53.76(Crystallography)炭化ケイ素(SiC)は耐放射線性デバイスへの応用が期待され、高温下での安定動作も可能であるため、線検出器の候補材料となりうる。そこで本研究では線によってSiC検出器に誘起される電流を測定し、線量率計として使用できるか検討した。線の線量率を0.4Gy/hから4kGy/hのとき、バイアス電圧が5V以上では吸収線量と線誘起電流の間に良い直線性があり、傾きが約1であることがわかった。これは、SiC検出器が線量率計として使用できることを示している。
Harjo, S.; 辺見 努; 阿部 淳; Gong, W.; 布谷 嘉彦; 相澤 一也; 伊藤 崇芳*; 小泉 徳潔; 町屋 修太郎*; 長村 光造*
Materials Science Forum, 777, p.84 - 91, 2014/02
被引用回数：2 パーセンタイル：72.7(Materials Science, Multidisciplinary)Measurements of internal strains in the superconducting phase in two cable-in-conduit conductors (CICC) for ITER were performed using an engineering materials diffractometer TAKUMI of J-PARC. From strain measurements in a CICC for the toroidal field magnet after a performance test of cyclic current, in 100 mm long cut bars, a peak broadening and a large relaxation on residual thermal strain were observed in Nb
Sn phase at a portion received a high magnetic field (high field zone). Internal strain measurements were also conducted in a CICC for the central solenoidal magnets after the similar performance test, in the full-size shape as used in the performance test (3.6 m long) and in 100 mm long cut bars. From results of the measurements the performances degradations of the ITER conductors were clarified.
阿部 淳*; 関根 孝太郎*; Harjo, S.; Gong, W.; 相澤 一也
Materials Science Forum, 777, p.219 - 224, 2014/02
被引用回数：4 パーセンタイル：87.24(Materials Science, Multidisciplinary)Acoustic emission (AE) signal can detect crack initiation and deformation behavior in material. Macroscopic deformation and fracturing of rock materials might be influenced by these phenomena. In order to investigate deformation mechanism of rock samples, simultaneous measurements of neutron diffraction pattern and AE signal have been performed at the Engineering Materials Diffractometer "TAKUMI" in J-PARC. Two types of rock samples were applied to the experiments. Discrepancy is found between microscopic strain and lattice strain. And AE signals from rock samples which might be generated by grain slip and pore collapse were detected. Macroscopic strain in rock sample might be associated with not only lattice strain but also mineral grain slip and pore collapse generated inside rock. It is indicated that combination of signal measurements and diffraction technique is effective tool to investigate deformation mechanism in rock materials.
出来 真斗*; 岡 知輝*; 高吉 翔大*; 直井 美貴*; 牧野 高紘; 大島 武; 富田 卓朗*
Materials Science Forum, 778-780, p.661 - 664, 2014/02
被引用回数：2 パーセンタイル：72.7(Crystallography)炭化ケイ素(SiC)基板へフェムト秒レーザー照射を行うと、SiCの比抵抗が5桁程度低下することが知られている。本研究ではフェムト秒レーザーを照射したSiCの電気伝導機構に関する知見を得るため、フェムト秒レーザー照射部における抵抗値の温度依存性を測定し、照射部の活性化エネルギーを求めた。試料は半絶縁性SiCであり、基板上に1mmの間隔を設けて蒸着した2つのアルミニウム電極の間へフェムト秒レーザーを照射した。照射条件は、照射エネルギー密度21J/cm、レーザー走査速度100
m/secとした。フェムト秒レーザー照射後、測定温度122473Kにおいて電極間の抵抗値の温度依存性を測定した。その結果、伝導体の下端からそれぞれ8.3および86meVにおいてエネルギー準位が存在することがわかった。以上のことより、照射エネルギー密度21J/cm
の室温における抵抗値の低下は、8.3meVの活性化エネルギーを持つ順位に起因していると考えられる。
岩本 直也; 小野田 忍; 藤田 奈津子; 牧野 高紘; 大島 武
Materials Science Forum, 778-780, p.289 - 292, 2014/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.32(Crystallography)We have studied defect levels in Schottky barrier diodes (SBDs) made of high purity semi-insulating 4H silicon carbide substrates by alpha particle induced charge transient spectroscopy. A shallow defect level with the activation energy around 0.3 eV is found in all SBDs annealed at temperatures from 1400 to 1600 C. Some other defect levels lying at deeper in the bandgap are found only in SBDs annealed at 1400 and 1500 C. We also found that the series resistance of SBDs decreases with increasing of annealing temperature. The decrease of series resistance seems to be corresponding to the removal of deep levels.
出来 真斗*; 牧野 高紘; 児島 一聡*; 富田 卓朗*; 大島 武
Materials Science Forum, 778-780, p.440 - 443, 2014/02
被引用回数：3 パーセンタイル：82.26(Crystallography)炭化ケイ素(4H-SiC)半導体を用いて作製した金属-酸化膜-半導体(Metal Oxide Semiconductor: MOS)キャパシタにおける高エネルギー重イオンに対する信頼性について検討した。実験は、蓄積方向に直流電界を印加した4H-SiC MOSキャパシタへ重イオンを照射し、酸化膜の絶縁破壊電界(Ecr)を測定した。重イオンのLET(Linear Energy Transfer: LET)を変えた照射を行うことでEcrのLET依存性の実測に成功し、Ecrは照射重イオンのLETに反比例する結果が得られた。この実験結果と、既に報告されているシリコン(Si)MOSキャパシタにおけるEcrのLET依存性とを比較した結果、Siと比較してSiC MOSキャパシタの方がEcrが大きく絶縁破壊耐性が高いことが明かになった。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
Materials Science Forum, 777, p.155 - 160, 2014/02
被引用回数：3 パーセンタイル：82.26(Materials Science, Multidisciplinary)The spiral slit-system was improved in order to make a gauge length regularity. The bending stress was measured by the improved spiral slit-system, and the measured stresses corresponded to the applied stress regardless of the diffraction angle. As a result, the validity of the improved spiral slit system was proved. On the other hand, the diffraction spot trace method (DSTM), which combined the spiral slit-system and a PILATUS detector, was proposed to measure stress in a coarse grain. In this study, the distribution of the residual stress in a melt-run welding specimen was measured using the DSTM. The welding residual stresses measured accorded with that by the FEM simulation.
柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 塚本 拓也*; 河合 紘和*; 三浦 節男*; Zhang, S.*; 菖蒲 敬久; 小林 道明*
Materials Science Forum, 777, p.176 - 181, 2014/02
被引用回数：1 パーセンタイル：53.76(Materials Science, Multidisciplinary)A ductile damage progress of an aluminum single crystal with the prior activity of the single slip system under tensile loading was verified by a profile analysis using white X-ray obtained in BL28B2 beam line of SPring-8. In this study, the aluminum single crystal of the purity 6N was used as a specimen prepared in I-type geometry for tensile test. In profile analysis, an instrumental function was defined in consideration both of a divergence by a slit and a response function peculiar to the energy dispersive method. The Gauss component of integral breadth related to non-uniform strain and the Cauchy component of integral breadth related to crystallite size were determined by eliminating the broadening by the instrumental function from the diffraction profile of white X-ray. As a result, the characteristics of ductile damage progress near the notch of the aluminum single crystal were inspected from the distribution of both non-uniform strain and dislocation density.
佐野 睦*; 高橋 直*; 渡辺 篤雄*; 城 鮎美; 菖蒲 敬久
Materials Science Forum, 777, p.255 - 259, 2014/02
被引用回数：1 パーセンタイル：53.76(Materials Science, Multidisciplinary)Residual strain in oxygen-free copper, one of the materials used in high-heat-load components at SPring-8 front end, was investigated. A strain scanning method with oscillation was employed for strain measurement. The results were compared with those obtained using an elasto-plastic creep FEM analysis.
