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論文

Influence of blistering on deuterium retention in tungsten irradiated by high flux deuterium 10-100eV plasmas

Luo, G.; 洲 亘; 西 正孝

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.957 - 962, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.09.023
 被引用回数：66 パーセンタイル：96.81(Nuclear Science & Technology)

核融合炉のプラズマ対向侯補材であるW中の重水素滞留に及ぼすブリスタリングの影響について、1$$times$$10$$^{22}$$D/m$$^{2}$$/sの入射フラックスの条件で入射エネルギーを100eVから約10eVまで変化させて調べた。滞留量の測定は昇温脱離法によって行い、5$$^{circ}$$C/sの昇温速度で実施したが、昇温脱離曲線には重水素の放出ピークが1つのみ現れ、またそのピーク温度は照射のエネルギーやフルエンスにより500$$^{circ}$$Cから850$$^{circ}$$Cまで変化する、という結果を得た。このピーク温度は水素トラップからの放出温度より高く、重水素が分子としてブリスタに存在し、 昇温中に直接放出されていると考えられる。また、あるフルエンスで急激な滞留量減少が観測されたが、この現象はブリスタの破裂によるものと考えられる。このことはSEMによる観察結果(ブリスタが2ミクロン程度までしか成長しないこと、及びブリスタの数がフルエンスの増加とともに増加すること)と一致している。

論文

Incident energy dependence of blistering at tungsten irradiated by low energy high flux deuterium plasma beams

Luo, G.; 洲 亘; 西 正孝

Journal of Nuclear Materials, 347(1-2), p.111 - 117, 2005/12

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2005.07.014
 被引用回数：85 パーセンタイル：98.14(Materials Science, Multidisciplinary)

鏡面仕上げした焼結材タングステン試料片にITERダイバータ周辺プラズマを模擬する重水素プラズマを照射し、そのブリスタリング挙動を調べた。今回行った照射の条件は、フラックス:1$$times$$10$$^{22}$$D/m$$^{2}$$/s,エネルギー:7$$sim$$98eV/D,フルエンス:3$$times$$10$$^{23}$$$$sim$$6$$times$$10$$^{25}$$D/m$$^{2}$$,照射温度:室温であるが、いずれのエネルギーの照射においても、ブリスタリングの発生がSEM観察により確認された。また、ブリスタリング発生のフルエンス閾値が入射エネルギーの減少とともに増加すること、特に20eV/D以下の入射エネルギーの場合には、この閾値の増加が著しいことを見いだした。本現象は、試料表面に酸化皮膜が存在し、重水素の外部への再放出と内部への侵入に影響を及ぼしていると考えることによって説明できる。さらに、ブリスタの寸法と数はフルエンスの増加とともに初期にはいずれも増加するが、直径が2$$mu$$m程度に逹すると成長が止まり、数のみが増加していく結果を得た。本結果は、ブリスタが2$$mu$$m程度に成長すると亀裂が発生して内部のガスが放出されるため、と考えられる。

論文

Blister formation in rutile TiO$$_{2}$$ (100) thin films by helium ion implantation

山本 春也; 永田 晋二*; 武山 昭憲; 吉川 正人

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 30(3), p.789 - 792, 2005/09

二酸化チタン(TiO$$_{2}$$)は優れた光触媒材料であるが、薄膜状で光触媒反応を利用する場合には、薄膜表面の微細構造化による表面積の拡大が必要とされる。本研究では、ヘリウムなど希ガスを材料表面にイオン注入した場合に形成されるブリスター(膨れ)を利用して薄膜表面の微細構造の形成制御を試みた。今回は、ヘリウムイオンの照射エネルギー(1$$sim$$4keV),照射量(1$$times$$10$$^{16}$$$$sim$$2.3$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$)など、ブリスター形成条件について調べた。実験では、レーザー蒸着法により$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$基板上に(100)面に結晶配向したルチル型TiO$$_{2}$$膜を作製し、室温でヘリウムイオン照射を行った。走査型電子顕微鏡(SEM),原子間力顕微鏡(AFM)により薄膜の表面構造の観察を行い、またX線回折(XRD),ラザフォード後方散乱(RBS)により結晶構造評価を行った。その結果、照射エネルギー:2$$sim$$4keV,照射量:4$$times$$10$$^{16}$$ions/cm$$^{2}$$以上で直径が約100nm、高さが20nmのブリスターが照射領域に一様に形成することが確認できた。また、照射量に対してブリスターの大きさがほとんど変化しなかったが、照射量が2$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$以上になるとブリスター表面の剥離が発生することがわかった。

論文

Irradiation test on Mo- and W-mirrors for ITER by low energy deuterium ions

杉江 達夫; 河西 敏; 谷口 正樹; 永津 雅章*; 西谷 健夫

Journal of Nuclear Materials, 329-333(2), p.1481 - 1485, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.248
 被引用回数：30 パーセンタイル：85.88(Materials Science, Multidisciplinary)

ITERのダイバータ領域に生成されるプラズマの温度は数十eV程度であり比較的温度が低い。そのダイバータに近接して、計測用ミラーが設置される。低エネルギー粒子の衝突により、反射率などの性能がどの程度劣化するか調べる必要がある。ここでは、SLEIS(Super Low Energy Ion Source with High Ion Flux)装置を使いモリブデンとタングステンミラーに対してエネルギー67eVから80eVの重水素イオンで照射し、反射率等の変化を調べた。焼結法で生成した場合に生じる表面の小さな穴を電子ビームで表面を溶融することにより消滅させたミラーは、照射前はその反射率は焼結のみで生成したものよりも高かったが、照射量に対して反射率が急速に低下した。ブリスタリングによるものと考えられる。それに対して、焼結のみで作ったモリブデン及びタングステンミラーは照射量に対する反射率の低下は少なく、照射量が1.3$$times$$10$$^{25}$$m$$^{-2}$$のところで10%程度の低下であった。講演では、これらのミラーのITERへの適用の可能性について述べる。また、ダイバータ板等のエロージョンの結果生ずる粒子がミラーへ付着する問題と、その防止対策についても議論する。

論文

In-situ observation of surface blistering in silicon by deuterium and helium ion irradiation

五十嵐 慎一; 武藤 俊介*; 田辺 哲朗*; 相原 純; 北條 喜一

Surface & Coatings Technology, 158-159, p.421 - 425, 2002/09

低角度入射電子顕微鏡法を用いて、シリコンブリスタリングのその場観察を行った。重水素照射により形成されるブリスターの大きさ,密度は、電子線照射領域内では領域外より明らかに小さいことがわかった。これは高エネルギー電子線による電子励起により、シリコン不飽和結合の重水素による終端化が抑制されたためである。また、フラックスが高いと、ブリスターが形成されるより前に、フレーキングが起きることも明らかにした。さらに、重水素照射では、注入重水素の最大飛程よりさらに浅いところで、重水素終端された欠陥が形成され、そこで劈開が起こり、ブリスターとなることを明らかにした。

論文

Transient behavior of low enriched uranium silicide miniplate fuel under a triplet configuration

柳澤 和章; 藤城 俊夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(10), p.981 - 988, 1995/10

https://doi.org/10.3327/jnst.32.981
 被引用回数：1 パーセンタイル：17.52(Nuclear Science & Technology)

本誌は研究炉(JRR-3)用として検討されている低濃縮ウランシリサイド燃料仕様(密度4.0gU/cc)及び現行のアルミナイド燃料仕様の小型板状燃料を用いた過渡実験結果について報告するものである。過渡照射は、原研の安全性試験研究炉(NSRR)を用いて遂行した。得られた結果は以下のとおり:(1)近い将来JRR-3炉心に使用を検討されている仕様の密度のシリサイド燃料板を用い、発熱量106cal/fuelまで過渡照射した。供試燃料板のピーク表面温度(PCST)は508$$^{circ}$$Cに達したが、破損は起こらなかった。本実験は、PSCT400$$^{circ}$$C以上で生ずると考えられているブリスターを模擬した過渡実験であった。実験結果から供試シリサイド燃料板は508$$^{circ}$$Cまでブリスター破損に対し、強い抵抗を有していることが立証された。(2)供試アルミナイド燃料板は発熱量55cal/g-fuelの実験において燃料板のPCSTが230$$^{circ}$$Cに達したが、異常は認められなかった。この実験条件は、JRR-3の安全評価における最も厳しい燃料温度条件の流路閉塞事故PCST、150$$^{circ}$$Cを大きく上まわっており、安全評価における安全裕度が実験により確認された。

論文

Surface erosion and Re-emission behavior of various coatings under helium and hydrogen ion bombardment

西堂 雅博; 山田 禮司; 中村 和幸

Journal of Nuclear Materials, 111-112, p.848 - 851, 1982/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(82)90318-X
 被引用回数：4 パーセンタイル：47.56(Materials Science, Multidisciplinary)

Mo基板上にコーティングしたCVD-TiC,CVD-TiN,RIP-TiC,RiP-SiCおよびDVD-Cの各種コーティング材料の照射耐性を調べた。照射に用いたイオン種は200keVのH$$_{2}$$$$^{+}$$イオンとHe$$^{+}$$イオンであり、照射に用いたイオン種は室温から500$$^{circ}$$Cの範囲でおこなった。照射中の水素およびヘリウムの再放出量を、質量分析計により、また、照射後の試料表面は、走査型電子顕微鏡により、それぞれ測定、観察を行なった。照射による表面侵食の程度および型態は、コーティングの種類および製法、表面状態、試料温度、ならびに照射するイオン種に強く依存することが明らかになった。また、ガス再放出挙動と表面侵食との間に強い相関関係のあることが明らかになった。

論文

Continuous observation of surface erosion of polycrystalline molybdenum implanted with helium ions with different energies

西堂 雅博; 曽根 和穂; 山田 礼司; 中村 和幸

Journal of Nuclear Materials, 96(3), p.358 - 368, 1981/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(81)90578-X
 被引用回数：7 パーセンタイル：66.93(Materials Science, Multidisciplinary)

イオン照射下において、表面の連続観察をおこなえる電子顕微鏡を用いて、種々の照射条件でヘリウムイオン衝撃されたモリブデンの表面侵食の形態を観察した。 表面侵食の形態は、照射条件、試料の熱処理温度に強く依存する。特に、モリブデンが再結晶化を開始する温度まで加熱すると、ヘリウム照射によって剥離が顕著になる。一方、表面から比較的一様に分布するようにヘリウムが打ち込まれた場合には、剥離は発生せず、ブリスターが生成される。表面侵食において重要な臨界照射量が精度良く求まり、表面侵食の発生するヘリウム濃度は、従来予想されていた値より低くなることを示した。

論文

固体の表面損傷とブリスタリング

鎌田 耕治

日本物理学会誌, 35(2), p.133 - 137, 1980/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/110002074491

イオン照射による固体表面でのブリスタリングについて、(1)ブリスタリング,フレイキングの概念の説明、(2)最近の重要な実験結果を総括的に紹介、(3)ブリスタリングに至る迄の二種類のミクロスコピックなモデル(percolation model,fracture model)、(4)我々が行なった固体表面層内の応力場の計算、(5)それに基づくブリスタリングのモデルと実験との対応、(6)核融合装置第一壁に関する今後の問題、等々最近の研究結果を紹介した。

論文

ブリスタリングとフレキングのその場観察

鎌田 耕治

Ionics, (10), p.8 - 14, 1979/00

イオン照射を受けた金属表面での剥離現象としては、ブリスタリングとフレイキングが観察されている。この論文では「その場観察」の方法で両現象の形成される経過を追跡し、夫々の特徴を観察した。さらに従来の観察結果と合わせて考察を行ない、両者の差が、内圧の上昇速度に伴なう固体表面のductile-brittle transitionによるものである事を示唆した。一部この分野の研究のreviewを含む。

論文

A Fracture model of radiation blistering

鎌田 耕治; 東田 豊*

Journal of Applied Physics, 50(6), p.4131 - 4138, 1979/00

https://doi.org/10.1063/1.326493
 被引用回数：19

イオン照射により形成されるブリスタリングの模型として、自由表面に平行なクラックを考え、転位論によりその周辺の応力場を計算した。ブリスター形成の条件として、クラック先端の塑性域の広がりが、表面に到達する条件を設定して、ブリスターの直径とイオンエネルギーの関係および直径と深さの関係が実験と良く一致する結果を得た。また、ブリスタリングに寄与するガスの量が、臨界照射量に相当する量の数%である事が分かり、この様なgas-pressure modelで充分ブリスタリングの説明が行える事を証明した。

論文

Flaking and blistering on He and Ne bombardments

鎌田 耕治; 楢本 洋

Radiat.Eff., 42(3-4), p.209 - 216, 1979/00

2MeV V.D.G.に直結した超高真空イオン照射チェインバーによりブリスタリングとフレイキングのその場観察を行った。Nb単結晶表面で、300keV He$$^{+}$$照射により照射面積全面に亘るフレイキングが観察された。一方450keV,850keV Ne$$^{+}$$照射では同じ単結晶表面においてブリスターが観察された。この結果は従来云われていた表面温度の上昇によりフレイキングが起こるという説を不定するものである。弾性論的な計算の結果、フレイキングは1気圧以下の内圧で充分に起こり得る事が示された。また表面観察の結果、フレイキングは表面層の塑性変形を伴わずに形成され、逆にブリスタリングは塑性変形を伴う現象である事が示された。その場観察の結果として、臨界照射量が精確に測定された。

報告書

ヘリウムイオン衝撃した多結晶モリブデン表面の同時連続観察

西堂 雅博; 曽根 和穂; 山田 礼司; 大塚 英男

JAERI-M 7997, 17 Pages, 1978/11

JAERI-M-7997.pdf:2.41MB

昭和53年5月に設置した同時観察装置(走査型電子顕微鏡を真空壁の表面現象研究用加速器のビームラインに接続した装置)を用いて、100keVヘリウムイオン衝撃した多結晶モリブデンの同時連続観察をおこなった。あらかじめヘリウムの打ち込まれた試料(照射率4.4$$times$$10$$^{1}$$$$^{7}$$He$$^{+}$$/cm$$^{2}$$)では、熱処理後の再照射によって表面侵食の形態が、表面の脹れ(Blistering)から大面積剥離(Exfoliation)へと顕著に移行することが判明した。剥離現象はブリスターが時々刻々成長するのとは対照的に、瞬時に起きることが同時連続観察の結果明らかになった。実験結果から、プラズマ不純物の原因となる大面積剥離出現の過程について考察した。

論文

Radiation blisteringの物理的機構

鎌田 耕治; 東田 豊*

放射線, 5(2), p.33 - 50, 1978/02

ブリスタリングの物理的機構として提案されているlateral stress modelとgas pressure modelの説明をし、特に最近我々が行ったgas pressure modelの解釈について記述する。このmodelにより、ブリスタリングがレンズ型バブルの幾何学的形状による因子と、固体の物理的性質に依存する因子とに分解出来る事、およびバブルの内圧が見積れることを説明する。またこのmodelにより、最近kaminshy等が行ったブリスタリングの物質依存性が説明出来る事を示す。

論文

Room temperature aging effects of blistering and surface roughening after Ar$$^{+}$$ ion bombardment on Mo single crystals

鎌田 耕治; 楢本 洋; 数又 幸生

Journal of Nuclear Materials, 71(2), p.249 - 255, 1978/02

https://doi.org/10.1016/0022-3115(78)90422-1
 被引用回数：8

300keVAr$$^{+}$$イオンをMo単結晶表面に照射すると、100日程度の室温焼鈍により始めてblisterが現われる事を見出した。この事はblisterの形成に打ち込みイオンの集合が不可欠なことを示している。Ar$$^{+}$$イオンはHe$$^{+}$$イオン等に比べるとsputtering yieldが100倍以上に大きい。この事を考慮して結晶中での打ち込みイオンの分布を計算し、blisteringのcritical dose(3.4$$times$$10$$^{1}$$$$^{7}$$ions/cm$$^{2}$$)およびcritical concentration(0.33)を得た。これらの値はHe$$^{+}$$等軽イオン照射の結果と著しく異なり、重イオン照射損傷の特色を示している。結晶表面の粗化(roughening)も著しい焼鈍効果を持ち、イオン打ち込みによる結晶表面でのsputtering yieldの変化を暗示している。

論文

Blister formation in a niobium single crystal on Ne$$^{+}$$ ion bombardment

楢本 洋; 鎌田 耕治

Journal of Nuclear Materials, 74(1), p.186 - 189, 1978/01

https://doi.org/10.1016/0022-3115(78)90552-4
 被引用回数：5

Projectileを不活性ガスイオンに限定した場合、その原子半径によって、打込れた原子が結晶格子中で占める位置が異なるであろう。その差が打込れたガス原子の易動度を支配してブリスター形成に影響を及ぼすと考えられる。本研究では、Ne$$^{+}$$イオンをProjectileに選んで、He$$^{+}$$,Ar$$^{+}$$イオン照射の結果と比較検討した。主な結果は、以下の通りである。(1)照射直後に、ブリスター形成が観察された。(2)時効によってブリスターは、破断する。(3)ブリスターの内圧は、物性定数によるが、250気圧程度となる。(1)、(2)の結果は、Ne原子が、結晶中で動き易い事を示していて、He$$^{+}$$イオン照射の場合と似ている。(3)の結果は、ブリスターの高さを決定して、メタル・ダイアフラム・モデルで推定したものである。

報告書

Surface Roughness Effects on Blister Formation in Polycrystalline Molybdenum

西堂 雅博; 曽根 和穂; 山田 礼司; 大塚 英男; 村上 義夫

JAERI-M 7182, 16 Pages, 1977/07

JAERI-M-7182.pdf:1.46MB

電解研磨した表面および粗した表面を持つ多結晶モリブデンに、100KeVのヘリウムおよび200KeVのH$$^{+}$$$$_{2}$$イオンを常温で衝撃した。1.0$$times$$10$$^{1}$$$$^{9}$$particles/cm$$^{2}$$のヘリウムを衝撃すると、電解研磨したモリブデン表面では、ブリスターを生じ、ブリスターの表面は剥離し、亀裂を生じる。一方、#1200、#400および#100のエメリー紙で粗したモリブデン表面では、ブリスター生成は減少するか、抑止されることが判明した。ブリスター生成におよぼす表面粗さの効果について、入射粒子の入射方向の飛程と関連づけてし議論した。

論文

Observation of blistering and amorphization on germanium surface after 450KeV Ar$$^{+}$$ ion bombardment

鎌田 耕治; 数又 幸生; 久保 和子

Radiat.Eff., 28(1-2), p.43 - 48, 1976/02

重イオン照射(450KeV Ar$$^{+}$$)により、初めてGe表面にブリスタリングを作り、走査型電子顕微鏡により観察した。金属表面のブリスタリングと異なり、照射量を増加させてもブリスターの密度は5$$times$$10$$^{5}$$/cm$$^{2}$$以上にはならない。さらに照射することにより、注入されたイオンガスの噴出によると思われる多数の孔が発生する。これらの孔が既に形成されているブリスターを侵食して、ブリスターは観察されなくなる。これらの観察結果は、Ge表面での非晶質化によって、イオンのレインゲが減少し、同時に固体の膨張によって注入されたイオンが動き易くなることを考慮して説明された。非晶質化と同時に、再結晶化も観察された。

論文

イオン照射による固体表面の損傷; 主にブリスタリングについて

鎌田 耕治

日本原子力学会誌, 17(10), p.517 - 526, 1975/10

https://doi.org/10.3327/jaesj.17.517

核融合炉真空壁の損耗で問題になるSputteringとBlisteringについて、夫々の損耗率を比較し、さらにBlisteringに関する今迄の実験データーの整理を行なう。これらの実験データーからBlisteringの物理的機構を紹介し、現在それについてはErentsらとKamiuskyらによるガスの内圧による表面破壊の考え方と、Behrischらによる打ち込みガスイオンのために結晶内に形成される応力場によるとの考え方がある事を指摘した。同時に今迄の実験データーの不備をも合わせて指摘した。また核融合炉の設計条件の選択に、Blisteringによる損耗の温度依存性が問題になることを指摘した。

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