Annealing effect of absorbing property for Cs and CsI in fullerene investigated by synchrotron X-ray photoelectron spectroscopy

関口 哲弘; 横山 啓一; 矢板 毅

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 20(3), p.186 - 195, 2022/07

https://doi.org/10.1380/ejssnt.2022-030

Cs-135を含む長寿命核種の同位体分離に関する技術開発は放射性廃棄物の減容化および中性子照射による長寿命核種の核変換消滅の要素技術として重要である。THzレーザー光をヨウ化セシウム分子Cs(-133/-135)Iに照射することにより同位体選択的な解離反応を引き起こすことができる。しかし問題として、選択的に生成するCs-135原子は安定同位体から成るCs(-133)I分子との衝突により、同位体交換を起こす。よって我々はCs原子のみを選択的に吸蔵材料に回収し、衝突を回避する試みを検討している。Cs原子は炭素(C)吸蔵材料内の数100オングストロームの深部まで侵入する。それに対しCsI分子は材料内に浸透しない。しかし室温ではCsI分子が堆積する問題が残された。本研究では加熱によりCsI堆積を防ぐことを検討した。X線光電子分光(XPS)測定を行い、材料の組成,深さ濃度分布,膜厚を評価した。Cs蒸着後の加熱アニーリング効果およびCs蒸着中の加熱効果を調べた。CsI分子が表面に残らず、Csが炭素材料に残存する可能性について検討した。

Synthesis of hexagonal boron carbonitride without nitrogen void defects

Mannan, M. A.*; 馬場 祐治; 木田 徹也*; 永野 正光*; 野口 英行*

Materials Sciences and Applications, 6(5), p.353 - 359, 2015/05

https://doi.org/10.4236/msa.2015.65041

蜂の巣状の構造を持つ六方晶ホウ素-炭素-窒素化合物(h-BCN)の合成を試み、その構造を調べた。試料は高周波プラズマ誘起化学蒸着法により作成した。欠陥の少ないきれいな薄膜を合成するため、h-BCNと格子定数の近いダイヤモンドを基板に用いるとともに、蒸着中の基板温度を950Cと高温に保持した。X線光電子分光スペクトル(XPS)測定の結果、合成したh-BCN薄膜の組成は、ホウ素0.31, 炭素0.37, 窒素0.6であった。放射光を用い、ホウ素K吸収端および窒素K吸収端のX線吸収端微細構造(NEXAFS)スペクトルを測定した結果、得られた薄膜は理想的な蜂の巣状の構造を持ち、窒素の欠陥はほとんどないことが明らかとなった。

X-ray photoelectron spectroscopy study on change of chemical state of diamond window by ion implantation

森本 泰臣*; 佐々木 政義*; 木村 宏美*; 坂本 慶司; 今井 剛; 奥野 健二*

Fusion Engineering and Design, 66-68, p.651 - 656, 2003/09

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(03)00269-2

核融合炉の高周波加熱・電流駆動装置では、高周波(電磁波)をトーラスに入射するための窓が不可欠で、その真空封止窓の材料として人工ダイヤモンドが注目されている。この人工ダイヤモンドのイオン照射や加熱による化学状態変化を、X線光電子分光法(XPS)により調べた。加熱前後のC 1sの結合エネルギーの変化から、高温加熱により、ダイヤモンド構造が、グラファイト化することが、明らかとなった。さらに、Ar照射により、化学状態が複雑な挙動を示すことがわかった。

Non-destructive depth profile analysis of SiO/Si layer by high-energy XPS

山本 博之; 馬場 祐治

Journal of Surface Analysis, 7(1), p.122 - 127, 2000/03

深さ方向分析が非破壊で可能であれば、そのメリットは非常に大きい。XPS(X線光電子分光法)は非破壊法であるが、分析深さは一定であり、通常の方法では深さ方向分布は得られない。XPSの分析深さは光電子の脱出深さに依存しており、その脱出深さは光電子の運動エネルギーによって変化することから、エネルギー可変の放射光(1.8~6.0keV)を励起源として用いると、それぞれのエネルギーに応じて分析深さが変化することが期待される。本研究では種々の励起エネルギーでSi酸化膜のXPSスペクトルを測定し、その分析深さを変化させて測定を行った。これらの結果から、Si(100)基板上のSiO熱酸化薄膜、Oイオン注入層について、表面数mm程度の領域における深さ方向分布を化学状態を含む形で非破壊的に得た。本法は、従来までの深さ方向分析に加えて新たな情報を提供する手法と考えられる。

銅オーバーパックの局部腐食に関する研究(研究委託内容報告書)

下郡 一利*; 泊里 治夫*; 小田 正彦*; 藤原 和雄*; 舛形 剛*

PNC TJ1074 98-002, 270 Pages, 1998/02

PNC-TJ1074-98-002.pdf:25.03MB

銅は還元性条件下では熱力学的に腐食しない事が知られている。従って、地下深部本来の環境である還元性環境下において、銅にオーバーパック候補材料としての優位性が与えられる。しかし、処分開始直後には比較的酸化性の環境になるため局部腐食発生の可能性が考えられる。そこで、本研究では酸化性環境下における銅の局部腐食発生の臨界条件を明らかにする事を目的として、80度Cにおける脱気炭酸塩溶液含浸ベントナイト中及び脱気炭酸塩溶液中での60日間の電気化学的試験ならびに暴気炭酸溶液含浸ベントナイト中及び暴気炭酸塩溶液中での60日間の自然浸漬試験を行い、溶液中のイオン濃度ならびに電位と腐食状況との関係を整理し、銅の局部腐食発生の臨界条件の検討を行った。その結果、ベントナイト無しの場合、高腐食性溶液(HCOSUB3/SUPー/S0/SUB4/SUP2-l、高濃度Cl/SUP-)中は勿論のこと、低腐食性溶液(HC0/SUB3/SUP-/S0/SUB4/SUP2-l)に塩素イオン及び硫酸イオン濃度を高めた溶液中においても、淡水や給湯環境中での孔食臨界電位である。"0.115VVSSCEat 60度C(=0.296VvsSHE at 80度C)"以上では局部腐食発生の可能性があるが、ベントナイト有りの場合には、高腐食性溶液中における高電位印加以外の条件では、局部腐食発生の可能性は低いものと考えられる。また、大気平衡下での自然竜位は高くとも上記臨界電位近傍であり、実環境中では酸素の消費も生じるため、局部腐食発生の可能性は更に低いと推察された。

Oxide-film thickness measurements by high-energy XPS

山本 博之; 馬場 祐治; 佐々木 貞吉

Photon Factory Activity Report, P. 366, 1995/00

一般に固体中における電子の平均自由行程は、その運動エネルギーによって変化することが知られている。この性質を利用し、放射光を用い照射するX線のエネルギーを変化させ、放出される光電子の運動エネルギーを変えることによって、XPSを用いた表面における深さ方向の解析が可能になると考えられる。本研究では、空気酸化したSi(100)およびO注入Siを対象に、1.9~4.6keVの放射光ビームでSi1s光電子を発生させることにより、Si酸化層の膜厚測定を試みた。それぞれのhにおいて得られたSi/SiO比の結果から、数nm程度の膜厚を評価することができた。

Electronic structure of N and O ion-implanted Si(100)

山本 博之; 馬場 祐治; 佐々木 貞吉

Surface and Interface Analysis, 23, p.381 - 385, 1995/00

https://doi.org/10.1002/sia.740230607

Si(100)表面に5keVのN,Oイオンを注入し、イオン注入層の電子構造についてX線光電子分光法(XPS)、X線励起オージェ電子分光法(XAES)およびX線吸収端微細構造法(XANES)により解析した。O注入の場合、XPS(Si2p),XAES(SiKLL)スペクトルは310/cm以上でSiから急激にSiOの位置へとケミカルシフトが生じる。またXANESスペクトルでは双極子選択則よりSi2pSi3s,Si2pSi3d,Si2sSi3p遷移による吸収ピークが観測され、いずれも4.510/cm以上で3~4eV高エネルギー側にシフトする。これらの構造は既報のSiOのスペクトルに類似しており、O注入層がSiとSiOの混合層からなることを示唆する。一方N注入ではこれらのスペクトルのシフトは照射量の増加に従ってゆるやかに生じ、N注入層がSiとSiNの混合層ではなく、SiとNとのランダムな結合を形成しているものと考えられる。

Adsorption-desorption behavior of trace-level alkali metals on oxides and micaceous oxides

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 和泉 寿範

no journal, , 

粘土鉱物に吸着した放射性セシウムの化学結合状態を直接分光学的手法で観察することを目的とし、粘土鉱物の主要成分である石英、アルミナ、雲母に吸着したセシウムおよび他のアルカリ金属の化学結合状態を放射光を用いたX線光電子分光法(XPS)で調べた。実際の放射性セシウムの原子数は極めてわずかであるため、マクロ量のセシウムと異なる結合状態をとると考えられる。そこで検出感度を上げるため、X線の全反射現条件でXPSを測定した。その結果、Cs-137の原子数に匹敵する極微量のセシウムおよび他のアルカリ金属のXPS測定が可能であることがわかった。XPSスペクトルにおける内殻結合エネルギーを比較したところ、雲母に吸着した極微量のセシウムはマクロ量のセシウムに比べて、よりプラスに帯電していることがわかった。これは雲母中の酸素のマイナス電荷の影響により、セシウムと酸素の間にイオン結合性が強い化学状態が生じるためと考えられる。このことは、極微量になると生じる特異な化学結合状態が、放射性セシウムが脱離しにくい理由のひとつであることを示唆している。

全反射X線光電子分光法による超微量Na, Rb, Csの吸着状態解析

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵

no journal, , 

酸化物(SiO, AlO)や層状酸化物(マイカ)などに吸着した放射性Csの化学結合状態を明らかにするため、Csの原子数に相当する超微量Csおよび他のアルカリ金属(Na, Rb)について、放射光を用いた全反射X線光電子分光(TR-XPS)測定を行った。TR-XPSにより1/1000層(1cmあたり約200BqのCsに相当)までの超微量CsのXPS測定が可能であった。XPSの内殻結合エネルギーシフトと吸着量の関係を調べた結果、超微量になるほどCsの内殻結合エネルギーは低エネルギー側に、Naは反対に高エネルギー側にシフトした。これらのXPS化学シフトを点電荷モデルで解析した結果、マイカに吸着したCsおよびNaは、超微量になるとイオン結合性が強い状態で吸着していることがわかった。

放射性核種の原子数に匹敵する超微量CsおよびSrの吸着状態

馬場 祐治; 下山 巖

no journal, , 

全反射X線光電子分光法(XPS)および全反射X線吸収端近傍構造(XANES)により、放射性Cs, Srの土壌中の主な吸着サイトと考えられている雲母に吸着した超微量Cs, Srの化学結合状態を調べた。全反射XPSの検出限界は、Csで約100pg/cm(200BqのCsに相当)、Srで約150pg/cm以下(300BqのSrに相当)であった。Srについて、Sr 2pの全反射XPSおよびSr L3-吸収端全反射XANESスペクトルを測定した結果、いずれも吸着量の減少とともにピークは低エネルギー側にシフトした。この結果を、点電荷モデルに基づき解析した結果、Srは微量になるほどイオン結合性が強い状態で吸着することがわかった。