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論文

Development of neutron supermirror with large-scale ion-beam sputtering instrument

丸山龍治; 山崎大; 海老澤徹*; 日野正裕*; 曽山和彦

Physica B; Condensed Matter, 385-386(2), p.1256 - 1258, 2006/11

https://doi.org/10.1016/j.physb.2006.06.024

被引用回数：25 パーセンタイル：70.33(Physics, Condensed Matter)

中性子スーパーミラーは、中性子ビームの輸送,収束に用いられる重要な中性子光学素子となっている。われわれはそのミラーを、密度が高く、結晶粒が小さい良質な膜が得られるイオンビームスパッタ装置を用いて開発してきた。また、多層膜の界面粗さを抑えるために、イオンポリッシュ法の研究も行ってきた。われわれは、実効臨界角の大きなスーパーミラーガイド及びベンダーの実現に向けて、新しく直径500mmの有効積層面積を持つイオンビームスパッタ装置を導入した。本発表では、その装置を用いて積層したスーパーミラーの性能及びスーパーミラーを用いた将来の中性子光学素子開発について議論する。

論文

Desorption of cluster ions from frozen gases following high-density electronic excitation

馬場祐治; 関口哲弘; 下山巖

Surface Science, 593(1-3), p.324 - 330, 2005/11

https://doi.org/10.1016/j.susc.2005.06.078

被引用回数：6 パーセンタイル：30.07(Chemistry, Physical)

極低温(9K)で凝縮した固体窒素表面を、低エネルギーHeイオン照射により高密度励起したときのイオン脱離機構について検討した。3keV Heイオン照射では、n=30までのクラスターイオン(N $_{n}$ $^{+}$ )の脱離が観測された。脱離強度はn=4までが大きく、n5では急激に減少した。またn5のクラスターイオンでは、偶数個のクラスターが隣接する奇数個のクラスターより常に大きかった。これらのクラスターイオンの分布は、気相における窒素クラスターイオンの安定性と一致した。また、比較のため測定した固体酸素,固体メタン,固体アルゴンからのイオン脱離強度も、それぞれの気体の気相での安定性と類似の傾向を示した。クラスターイオン分布の照射エネルギー依存性と、イオン照射部の時間に依存した温度分布の計算結果から、クラスターイオンの脱離は、イオン照射部分の局所的,瞬間的加熱による気化現象で説明できることを明らかにした。

論文

A Multi-exciton model for the electronic sputtering of oxides

松波紀明*; 福岡修*; 志村哲生*; 左高正雄; 岡安悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 230(1-4), p.507 - 511, 2005/04

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2004.12.092

被引用回数：14 パーセンタイル：67.9(Instruments & Instrumentation)

高エネルギー重イオン照射に伴い高密度電子励起による固体内原子変位の機構解明を目的として東海研タンデム加速器を用いて各種の高エネルギーイオンビームを用い自己保持カーボン補修によりスパッタリング収量を測定し、また、電流測定法によりイオン照射による放出電子と放出イオン収量の測定を行った。試料は電子構造の異なる種々の酸化物(酸化珪素,酸化マグネシウム,スピネル,ジルコニアなど)であり、照射イオン種(Ni, Ar, Xeなど)と照射エネルギー(60-200MeV)は電子的阻止能を連続的に変化させて照射するために選んだ。スパッタリング測定の結果、電子励起スパッタリングは弾性散乱に基づく計算値に対して最大1000倍大きい、スパッタリング収量は電子阻止能のべき乗に比例する、べき乗の指数とスパッタリング収量は物質依存性があり、収量に関しては酸化物のバンドギャップに関係していることなど電子励起スパッタリングの存在と特性がわかった。電流測定法によりスパッタリング粒子の約10%は正イオンであることがわかった。イオン放出量が少ないことから、電子励起モデルの一つであるクーロン爆発モデルは妥当でないことがわかった。そこでthermal spikeモデルの妥当性とともに、self-trapped excitonモデルの適応性について議論する。

論文

Present research status on divertor and plasma facing components for fusion power plants

鈴木哲; 上田良夫*; 徳永和俊*; 佐藤和義; 秋場真人

Fusion Science and Technology, 44(1), p.41 - 48, 2003/07

https://doi.org/10.13182/FST03-A308

被引用回数：28 パーセンタイル：84.95(Nuclear Science & Technology)

本論文は日本における核融合発電プラントのダイバータ、プラズマ対向機器に関する研究のレビューである。発電プラントの実現に向けて、トリチウム増殖比や熱・粒子相互作用を考慮したプラズマ対向材料の選定,発電に向けた伝熱流動の研究,プラズマ対向材料として最も有望なタングステンに関する接合技術などの製作技術開発、そして発電プラントの設計などの我が国の研究の現状について報告する。

論文

Sputtering of carbon-tungsten mixed materials by low energy deuterium

谷口正樹; 佐藤和義; 江里幸一郎; 横山堅二; 大楽正幸; 秋場真人

Journal of Nuclear Materials, 313-316(1-3), p.360 - 363, 2003/03

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01348-X

被引用回数：10 パーセンタイル：56.35(Materials Science, Multidisciplinary)

次期核融合実験装置においては、ダイバータ用アーマ材として炭素,タングステン等複数の材料を併用することが考えられている。この場合、アーマ表面には損耗したこれらの構成元素が再付着することにより材料混合膜が形成されると考えられている。しかしながら混合膜に対する低エネルギー水素の照射効果についてはほとんど研究例がなく、ダイバータ開発に必要なデータは不足しているのが現状である。そこで炭素,タングステン電極間で重水素雰囲気下でアーク放電を生じさせ、昇華,蒸発する炭素,タングステンをモリブデン基盤上へ堆積させることにより模擬炭素-タングステン混合膜を作成し、その低エネルギー水素による損耗特性を調べた。その結果、炭素膜中にタングステンが混入することにより、損耗が大きく減少することがわかった。これは、タングステン-炭素結合の形成により水素による化学スパッタリングが抑制されたためであると考えられる。

論文

Coarsening dynamics and surface instability during ion-beam-assisted growth of amorphous diamondlike carbon

Zhu, X. D.; 楢本洋; Xu, Y.; 鳴海一雅; 宮下喜好*

Physical Review B, 66(16), p.165426_1 - 165426_5, 2002/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.165426

被引用回数：14 パーセンタイル：57.54(Materials Science, Multidisciplinary)

フラーレンの蒸着と同時にイオン照射を行い、炭素同素体変換過程を含んだ蒸着とスパッターリングが競合するなかで誘起されるナノサイズのパターン形成について考察した論文である。通常炭素系非晶質に対するイオン照射では表面が平滑化するの通常の結論であるが、ここでは逆の結果が得られた。これは、フラーレンへのイオン照射による同素体変換によりどのような結合状態の炭素物質が核生成するかに依存することを示した。

報告書

イオンビームスパッタリング法によるNiC/Ti多層膜中性子スーパーミラーの作成とその特性

曽山和彦; 鈴木正年; 海老沢徹*

JAERI-Research 98-067, 61 Pages, 1998/10

JAERI-Research-98-067.pdf:6.88MB

本研究は、Ni/Tiスーパーミラーの高反射率化を目的として、Ni膜にCを混入させることにより、Ni/Ti多層膜の界面粗さを低減させ、反射率を増加させるための多層膜作成技術の開発を目的としている。イオンビームスパッタリング法を用いて、C混入率を変化させたNiC薄膜及びNiC/Ti多層膜を作成し、X線回折法、X線光電子分析法、透過型電子線顕微鏡、中性子反射法、極微小電子線解析法によりその特性を調べた。その結果、C混入によるNi膜の微結晶化が確認されるとともに、最適C混入率が、Ni $_{3}$ C化合物の形成される約30%と推定された。そして、最適C混入率条件でニッケルの2倍の全反射臨界角を有するスーパーミラーを作成したところ、90%以上の高反射率スーパーミラーを作成することができた。

論文

Disruption and sputtering erosions on SiC doped CFC

中村和幸; 鈴木哲; 大楽正幸; 横山堅二; 奥村義和; 鈴木隆之*; 神保龍太郎*; Bandourko, V.*; 秋場真人

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.828 - 832, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00118-4

被引用回数：4 パーセンタイル：38.63(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER用ダイバータアーマータイル材として有望な高熱電導炭素強化複合材(CFC材)のスパッタリング収率低減化を目的として、新たに炭化珪素含有CFC材が開発された。新材料で製作したダイバータアーマータイルの寿命を評価するため、ディスラプション及びスパッタリングによるこの材料の損耗特性を実験的に調べた。その結果、ディスラプションによる損耗特性を劣化させずに、スパッタリングによる損耗特性が改善されていることが確認され、実機適用に関して明るい見通しが得られた。本講演では、これら一連の損耗特性評価試験について報告する。

論文

Tungsten self-sputtering yield with different incidence angles and target temperature

Bandourko, V.*; 神保龍太郎*; 中村和幸; 秋場真人

Journal of Nuclear Materials, 258-263, p.917 - 920, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00079-8

被引用回数：3 パーセンタイル：31.81(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER用プラズマ対向材料として有望なタングステン材料のセルフスパッタリング収率の角度及び温度依存性について報告する。主な内容は、入射角が70度近辺にスパッタリング収率の最大値を持つこと、より高温でスパッタリング収率が増加することである。特に、温度依存性に関しては、従来からの予測と異なるものであり、そのメカニズムについても報告する。

論文

Spectroscopic study of the W-shaped divertor in JT-60U

久保博孝; 東島智; 竹永秀信; 清水勝宏; 熊谷晃*; 石島達夫*; 鈴木慎悟*; 伊丹潔; 杉江達夫; 逆井章; et al.

Proc. of 1998 ICPP & 25th EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics, 22C, p.427 - 430, 1998/00

近年、非接触ダイバータ・プラズマでは重水素イオンの体積再結合が重要な過程であると言われているが、再結合によるイオンのシンクを定量的に評価した研究はほとんどない。JT-60Uの部分非接触ダイバータ・プラズマにおいて、重水素のバルマー系列のスペクトル線強度を測定し、衝突・放射モデルを用いて解析することにより、再結合によるイオン・シンクが電離によるイオン・ソースの1-3%程度しかないことを明らかにした。また、JT-60Uのダイバータ・プラズマでは1-2eV程度の運動エネルギーを有するヘリウム原子が観測されているが、この原子は主プラズマのヘリウム混合率及びヘリウム排気効率に大きな影響を与えると考えられるので、その生成過程に関して弾性散乱を考慮した中性粒子輸送コードを用いて調べた。その他、炭素不純物の輸送に対するダイバータ・ドームの効果について報告する。

論文

プラズマ対向材料のエロージョン特性

中村和幸; 秋場真人

プラズマ・核融合学会誌, 73(6), p.594 - 599, 1997/06

https://ci.nii.ac.jp/naid/110003826878

本稿では、プラズマ対向材料(PFM)の損耗特性について概説する。PFMの損耗機構は、定常運転時にはスパッタリングが、また、ディスラプション時には熱衝撃による粒子飛散が主となる。スパッタリングによる損耗では、炭素繊維強化複合材(CFC材)と水素同位体との間の化学スパッタリングが特に問題となるが、その特徴は500 $^{circ}$ C付近に損耗のピークを持つなど強い温度依存性を有することである。ディスラプションによる損耗では、材料中の不純物(中でもカルシウムなどの低沸点不純物)量が多いほど損耗量が増加することが明らかとなっている。これらの損耗データを基にダイバータ板の寿命評価が進められているか、今後さらに、高粒子束、高熱流束条件下のデータや、中性子照射試料に対するデータが必要である。

論文

Sputtering experiments on B $_{4}$ C doped CFC under high particle flux with low energy

中村和幸; 大楽正幸; 秋場真人; 奥村義和

Journal of Nuclear Materials, 241-243, p.1142 - 1146, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)80209-7

被引用回数：9 パーセンタイル：60.17(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER用プラズマ対向材料として、高熱伝導炭素繊維強化複合材(CFC材)が有望視されているが、この材料はマトリックスと呼ばれる部分の損耗(スパッタリング)の大きいことが従来の研究で明らかとなっている。そこで、スパッタリングの抑制を目的としてマトリックス部に炭化ホウ素(B $_{4}$ C)を添加した材料を新たに開発した。本発表では、このB $_{4}$ C添加CFC材のスパッタリング特性を低エネルギー高粒子束イオン照射装置(SLEIS)を用いて調べた結果について報告する。SLEISによる照射は、水素イオンで50eV、~210 $^{20}$ 個/m $^{2}$ ・Sの粒子束条件下で行った。その結果、重量変化から求めたスパッタリング収率にB $_{4}$ C添加効果は見られなかったものの、電子顕微鏡による表面観察ではマトリックス部の損耗抑制効果が確認され、ITER用プラズマ対向材料としての見通しが得られた。

論文

New composite composed of boron carbide and carbon fiber with high thermal conductivity for first wall

神保龍太郎*; 西堂雅博; 中村和幸; 秋場真人; 鈴木哲; 後藤純孝*; 鈴木康隆*; 千葉秋雄*; 山木孝博*; 中川師夫*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 233-237(PT.A), p.781 - 786, 1996/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(96)00306-6

被引用回数：13 パーセンタイル：72.37(Materials Science, Multidisciplinary)

新複合材料は、高熱伝導炭素繊維で作った平織りクロスを積層し、その間に多量のB $_{4}$ Cを均一に充填して焼成した。B $_{4}$ Cを20~35vol.%添加し、1700 $^{circ}$ Cで焼結した材料は、250W/m・K前後の室温熱伝導率を示す。開発材の熱伝導率は、温度依存性が小さく、400 $^{circ}$ C以上になると、室温で300W/m・K以上の高熱伝導フェルトC/C材の値より高くなり、高温材料として望ましい特性を示す。800Kにおける重水素イオンによるスパッタリング試験では、B $_{4}$ Cが35vol.%以上の材料は、エロージョン率がC/C材の40%に低下し、B $_{4}$ C添加の効果が明らかである。電子ビームによる熱負荷試験では、22MW/m $^{2}$ を5秒間照射し、表面温度が2500 $^{circ}$ Cになっても割れの発生は起らなかった。リサイクリング特性は、黒鉛に比して、B $_{4}$ Cの添加量と共に向上する。以上により、本複合材料は、C/C材とB $_{4}$ Cの長所を併せ持つ複合材料であることがわかる。

論文

Spectroscopic study of impurity bahavior in JT-60U divertor plasma

久保博孝; 杉江達夫; 清水勝宏; 逆井章; 東島智; 小出芳彦; 朝倉伸幸; 嶋田道也; JT-60チーム

UV and X-Ray Spectroscopy of Astrophysical and Laboratory Plasmas (Frontiers Science Series No. 15), 0, p.29 - 34, 1996/00

JT-60Uでは、可視分光、真空紫外分光、およびX線分光を用いて、不純物挙動と遠隔放射冷却の研究を行っている。CIIの線強度分布の測定によって、ダイバータ部での炭素不純物の発生を研究した。低密度のプラズマでは重水素による物理スパッタリングおよび自己スパッタリングが主要な発生過程であり、高密度では化学スパッタリングが主要であった。CIIの線強度分布の測定によって、ダイバータ部での炭素不純物の輸送を研究した。この測定と2次元不純物輸送プログラムを用いた計算の比較から、炭素イオンの磁場に垂直な輸送計数は1m $^{2}$ /s程度であることが明らかになった。また、可視分光と真空紫外分光を用いて、遠隔放射冷却の研究を行った。DIとCIVの線放射が遠隔放射冷却の主要な原因であることが明らかになった。金属不純物の輸送研究を行うために、レーザーブローオフを用いた金属不純物入射装置と結晶分光器を用意した。

論文

モンテカルロによる不純物輸送のモデリング

清水勝宏; 滝塚知典

プラズマ・核融合学会誌, 71(11), p.1135 - 1146, 1995/11

http://ci.nii.ac.jp/naid/110003827334

モンテカルロ法を用いた2次元不純物輸送コード(IMPMC)を開発した。モデリングには、・各種スパッタリングによる不純物の発生、・中性不純物の電離、・磁力線方向の運動、・クーロン散乱、・磁気面を横切る異常拡散、・原子過程が含まれる。本コードの特徴は、実平衡配位での不純物の軌道追跡、不純物の発生量の絶対値をコンシステントに決めていることである。また化学スパッタリングで発生するメタンの解離過程が取り入れられている。これを用いて、JT-60UのNB加熱時における炭素不純物の発生についてシミュレーション解析を行った。高密度プラズマでは、プライベイト領域の壁への中性粒子のフラックスが増大し、化学スパッタリングによるメタンの発生が重要となる。このメタンを起源とする不純物がX点近傍での放射損失を増大させ、局所的な放射冷却による熱的不安定性であるMARFEを引き起こすと考えられる。

報告書

粒子-物質相互作用研究会1993報告書; 1994年3月8日9日、東海村

原子分子データ研究委員会

JAERI-Conf 94-004, 187 Pages, 1994/11

JAERI-Conf-94-004.pdf:7.1MB

原子分子データ研究委員会の平成5年度の粒子-物質相互作用研究会が、1994年3月8、9日の2日間原研東海研究所で開催された。この研究会は、核融合のための原子・分子データの収集と評価の立場から、種々のエネルギー粒子と物質との相互作用に関する研究の現状を把握し、問題点を明確にすることにより、今後のワーキンググループの活動に資することを目的として開催されたものである。研究会では17の講演が行われ、本報告書は、講演後に提出して頂いた16編のレポートをまとめたものである。主な内容は、ITERプラズマ対向材料、炭素材の照射損傷、金属中の水素の捕捉と再放出、重イオンと固体表面との相互作用に関するものである。

論文

Trapping of low-energy xenon ions in surfaces of transition metals

馬場祐治; 山本博之; 佐々木貞吉

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 63, p.391 - 394, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0168-583X(92)95210-I

被引用回数：7 パーセンタイル：60.94(Instruments & Instrumentation)

3d,4d及び5d系列の遷移金属表面に、5keVでイオン注入されたXeの捕捉状態をX線光電子分光法(XPS)で調べた。表面におけるイオン照射後のXe/Me比(Me:金属)は金属によって異なり、O(Au)から4.110 $^{-2}$ (Sc,Ti)まで分布した。注入時のスパッタリングの効果を補正し、各金属におけるイオンの捕捉率を計算した結果、捕捉率が金属元素の周期律表の位置に依存し、d電子数の増加とともに減少することを見出した。

論文

Enhancement of C $_{2}$ H $_{2}$ formation due to interaction of graphite with energetic protons

山田礼司

Journal of Nuclear Materials, 174, p.118 - 120, 1990/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(90)90429-Q

被引用回数：8 パーセンタイル：81.56(Materials Science, Multidisciplinary)

エネルギーを有するプロトンを黒鉛に照射した際に生成するC $_{2}$ H $_{2}$ の収率は、他のC $_{2}$ H $_{4}$ 、C $_{2}$ H $_{6}$ 生成収率よりも大きい。照射量依存性を調べると、高照射量になるに従い、C $_{2}$ H $_{2}$ 生成収率は増加し、他の収率は減少する。この結果は、C $_{2}$ H $_{2}$ 生成収率には照射効果が強く影響を与えていることを示唆している。また、質量数28の測定結果と計算結果を比較すると、質量数28にはイオン衝撃脱離によるCOの寄与が大きいことを示し、質量数28の結果を炭化水素生成収率を決定することに使用することはできないことを明らかにした。

論文

Estimation of C $_{2}$ and C $_{3}$ hydrocarbon production yields of graphite due to hydrogen ion bombardment

山田禮司*

J.Vac.Sci.Technol.,A, 5(3), p.305 - 307, 1987/03

黒鉛に水素イオンを衝撃するとC $_{2}$ およびC $_{3}$ 炭化水素が生成することが、最近筆者により見い出されている。C $_{2}$ 炭化水素はC $_{2}$ H $_{2}$ ,C $_{2}$ H $_{4}$ ,C $_{2}$ H $_{6}$ より、C $_{3}$ 炭化水素はC $_{3}$ H $_{4}$ 、C $_{3}$ H $_{6}$ ,C $_{3}$ H $_{8}$ より成り、各々の収率を直接、四重極質量分析計(QMS)で測定することは出来ない。ここでは、QMSで測定した信号強度より、各炭化水素の収率を数値解で求める方法を提案している。この方法によれば、各炭化水素のクラッキング係数と相対感度を標準ガスを用いて求めれば、QMSの実測値から各収率が求められる。

論文

Chemical sputtering yields of graphite; Sintereddiamond compacts and diamond films

山田禮司

Journal of Nuclear Materials, 145-147, p.359 - 363, 1987/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(87)90360-6

被引用回数：61 パーセンタイル：97.47(Materials Science, Multidisciplinary)

黒鉛、焼結ダイヤモンド、ダイヤモンド薄膜の化学スパッタリング収率を、入射H $^{+}$ イオンのエネルギー、電流密度、試料温度をパラメータに測定した結果を報告する。以前に化学スパッタリングによりCH $_{4}$ が生成することを報告したが、今回それ以外にC $_{2}$ H $_{2}$ ,C $_{2}$ H $_{4}$ ,C $_{2}$ H $_{6}$ 更にはC $_{3}$ 化合物が生成していることを見い出した。C $_{2}$ H $_{2}$ ,C $_{2}$ H $_{4}$ ,C $_{2}$ H $_{6}$ の入射エネルギー依存性では、~0.3keV付近でピークを持つ。これは、CH $_{4}$ が~0.8keV付近で最大となるのに対して、大きくずれている。温度依存性に関しては、CH $_{4}$ ,C $_{2}$ H $_{2}$ ,C $_{2}$ H $_{4}$ ,C $_{2}$ H $_{6}$ とも~450~500 $^{circ}$ C付近で最大となり大きな差は無い。更に、電流密度依存性に関しては、110 $^{1}$ $^{5}$ 個/cm $^{2}$ sec以下ではCH $_{4}$ の収率は電流密度とともに幾分減少するが、110 $^{1}$ $^{5}$ 個/cm $^{2}$ sec以上では一定となる。また収率が最大となる温度に関しても、上記の電流密以上では、電流密度に依存しない結果を得た。