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雨倉 宏*; Chettah, A.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.1786_1 - 1786_10, 2024/02
被引用回数：2 パーセンタイル：57.35(Multidisciplinary Sciences)高い電子的阻止能領域の照射条件で高エネルギー重イオンを固体に照射すると、イオンの飛跡に沿って潜在イオントラックと呼ばれる柱状の損傷領域が形成される。イオントラックは、多くの物質中で形成されていることが知られているが、ダイヤモンドにおいて観察された例は皆無であった。高エネルギー(GeV)のウランイオンにおいてさえ、観察された例はない。本研究では、2-9MeV C
フラーレンイオンを照射したダイヤモンドにおいて、初めてイオントラックが観察された。高分解能電子顕微鏡による観察により、イオントラックの内部がアモルファス化していることが示唆され、さらに、電子エネルギー損失分光法による分析によって、グラファイト由来の
-結合の信号が検知された。分子動力学法に基づく計算シミュレーションで、上記の実験結果を再現することに成功した。
山本 耀二郎*; 早川 頌*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋
Computational Materials Science, 229, p.112389_1 - 112389_9, 2023/10
被引用回数：2 パーセンタイル：20.33(Materials Science, Multidisciplinary)ヘリウムバブルは、核融合炉条件下で生成する特有の微細構造である。これらのバブルは、自らの移動によって接近・融合し、微細構造や材料特性に大きな影響を与える。しかし複数の金属原子の移動が含まれるこれらのプロセスは、分子動力学(MD)では時間スケールの制約から扱うことができない。この研究では、自己発展原子論的キネティックモンテカルロ(SEAKMC)法により時間スケールを拡張し、Fe中のバブルの融合過程を再現した。He原子の微小な振動やFe原子の短距離変位など、活性化エネルギーが極めて低い些細なイベントを避けるため、SEAKMCに2つのアルゴリズムを導入した。He原子の微小な振動を回避するために二段階のサドルポイント検索を行い、Fe原子の短距離変位を避けるためにFe原子の変位距離に対する閾値を設定した。さらに、活性化エネルギーの上限を設定する別のアルゴリズムを追加することで、非現実的に高い活性化エネルギーを持つイベントの選択を防ぎ、MDの時間尺度よりも8桁長い
秒までのシミュレーション時間において、ダンベルから楕円形への構造の変化を再現することに成功した。開発された手法は、軽元素を含む金属材料の微細構造を分析するのに効果的であり、実験と比較可能な時間スケールに到達できる唯一の手法である。
石川 法人
JAEA-Conf 2022-002, p.111 - 115, 2023/03
原子力機構タンデム加速器を利用した主な照射損傷・原子物理研究のトピックス紹介を行う。進行中の多くの研究は、タンデム加速器の特徴を生かした課題設定になっており、その特徴と課題との関係性を概観する。以下に、原子力機構タンデム加速器が提供するイオンビームの特徴を挙げ、そして、その特徴を生かした研究例を述べる。[特徴1](100MeV以上の)高エネルギー重イオンかつ広範囲のイオン種を提供可能/研究例:イオントラック損傷とそれに関連するナノ構造形成に関する研究、[特徴2]長距離飛程かつ高電流イオンビームを提供可能/研究例(1):スピントロニクス素子の耐照射性試験、研究例(2):事故耐性改良被覆管の耐照射性試験、(研究例3):金属腐食環境中の原子力材料の耐照射性試験、[特徴3]高エネルギーかつ多価イオンビームを提供できる。/研究例:高エネルギーイオンの炭素薄膜通過後の非平衡電荷分布に関する研究
涌井 隆; 山崎 和彦*; 二川 正敏
Advanced Experimental Mechanics, 7, p.103 - 109, 2022/08
高放射化物を閉空間に閉じ込めた状態で切断・減容化する技術開発の一環として、鉛含有量が異なる放射線遮へいガラスに対して、Nd-YAGレーザーの照射条件(パワー及び照射回数)を変えた照射試験を実施した。鉛含有量、照射パワー及び照射回数の増加とともに、大きな黒色で凹形状の照射損傷とその周りにき裂が生じた。損傷に及ぼす機械的特性の影響を調べるために、非照射部及び照射部の一般的な機械特性を調べた。評価された機械的特性を基に算出された熱衝撃破壊靭性値は、鉛含有量の増加ともに減少する。黒色の照射領域の微小硬さは、非照射より10%小さくなり、レーザー照射による機械的特性の変化が確認された。
涌井 隆; 山崎 和彦*; 二川 正敏
実験力学, 22(2), p.96 - 104, 2022/06
高放射化物のレーザー溶断技術の開発の一環として、放射線遮へいガラス及び無鉛ガラスに対してパルスレーザー照射試験及び押込み試験を行った。鉛含有量が低いガラスに比べ、鉛含有量が高いガラスの損傷が大きく、損傷発生の閾値が低かった。押込み試験結果を基に、カルマンフィルタ及び有限要素を組み合わせた逆解析により、ガラスの微小塑性挙動を表す材料構成式の定数を同定した。流動応力は、鉛含有量の増加とともに低下し、レーザー照射により低下した。一方、塑性流動抵抗値は、鉛含有量の増加とともに増加し、レーザー照射により増加した。非照射及び照射領域における破壊エネルギーとき裂先端周りの塑性領域寸法を実験結果を基に算出した。それぞれの値は、鉛含有量の増加とともに減少し、レーザー照射により低下した。
200 MeV ion irradiationPogrebnjak, A. D.*; Bagdasaryan, A. A.*; Horodeck, P.*; Tarelnyk, V.*; Buranich, V. V.*; 雨倉 宏*; 大久保 成彰; 石川 法人; Beresnev, V. M.*
Materials Letters, 303, p.130548_1 - 130548_4, 2021/11
被引用回数：25 パーセンタイル：79.76(Materials Science, Multidisciplinary)ハイエントロピー合金ベースの(TiZrHfNbV)N窒化物コーティング材に高速重イオン(200MeV Xeイオンビーム)を照射し、陽電子消滅分光法を用いて照射影響を解析した。その結果、照射欠陥のうち、空孔が主な欠陥種であることが分かった。また、5
10
ions/cm
の高照射量まで照射しても非晶質化や金属間化合物の形成は、検知されなかった。ハイエントロピー合金の高い耐照射性を示す結果となった。
single crystal by ion irradiation; A Molecular dynamics study篠嶋 妥*; 神長 龍一*; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*
Quantum Beam Science (Internet), 5(4), p.32_1 - 32_14, 2021/11
分子動力学法に基づく計算手法により、高速重イオンを照射したCeO単結晶において、ナノスケールの穿孔が形成される様子をシミュレーションした。蛍石型結晶構造の中央位置のナノスケールの柱状領域に高い熱エネルギーを投入し、その後の結晶構造の変化を追った結果、照射後0.3ピコ秒に突然ナノ穿孔が発生し、0.5ピコ秒で最大の大きさになるまで成長した。その後は1.0ピコ秒にかけて収縮現象が見られた。阻止能(イオン照射によって投入されたエネルギー密度)の増加とともに、ナノ穿孔の大きさが増加する傾向が見られた。本結果は、ナノ穿孔を作成し、かつ大きさを制御する際の有用な知見を与える。
ZnSnS
thin films induced by 200 MeV Xe swift heavy ions irradiationKhoualed, M.*; Boutebakh, F. Z.*; Chettah, A.*; 雨倉 宏*; 石川 法人; Ghemid, S.*; Attaf, N.*; Aida, M. S.*
Journal of Materials Science; Materials in Electronics, 32(20), p.25516 - 25527, 2021/10
被引用回数：4 パーセンタイル：27.19(Engineering, Electrical & Electronic)太陽電池の吸収層としての候補材である半導体CuZnSnSに、200MeV Xeの高速重イオンを照射して、紫外・可視分光法を用いて照射影響としての光学特性変化を評価し、X線回折法,ラマン分光法により結晶構造変化を評価した。その結果、吸収端エネルギーは、短い波長側にシフトし、バンドギャップは広がる方向に変化することが分かった。結晶性の劣化の挙動から、イオントラックの寸法が計測でき、サーマルスパイクモデルに基づいた計算予測と一致することが分かった。
末吉 哲郎*; 榎畑 龍星*; 山口 裕史*; 藤吉 孝則*; 奥野 泰希*; 石川 法人
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(5), p.8000305_1 - 8000305_5, 2021/08
高温超電導体YBCO薄膜に対して高速重イオン照射すると、柱状欠陥が導入されて臨界電流密度(Jc)が向上することが知られている。特に、柱状欠陥を傾角で交差させると効果的にJc向上を達成できることも知られている。一方で、柱状欠陥の導入密度の最適値は、柱状欠陥の傾角度に依存し、かつ磁束自体の線張力と磁束ピニング力などの様々な要素が関わるために、簡単には決定できない。本研究では、様々な傾角で交差させた柱状欠陥を、照射量を変化させながら、Jcの磁場角度依存性を系統的に調べた。その結果、第一回の照射(5-710
ions/cm)では、顕著なJcの向上が見られたものの、第二回の照射(同じ照射量で、傾角度が異なる照射)ではどの傾角条件においてもJcの劣化が見られた。第二回の照射において、Jc向上効果が大きいはずのc軸方向からの照射条件でさえJcの劣化が見られたので、Jc向上のためには照射量のチューニングが非常に重要であることが判明した。
superconductors末吉 哲郎*; 榎畑 龍星*; 日高 優夏*; 入江 将大*; 藤吉 孝則*; 奥野 泰希*; 石川 法人
Physica C, 582, p.1353824_1 - 1353824_5, 2021/03
被引用回数：3 パーセンタイル：17.11(Physics, Applied)高温超電導体YBaCu
Oyにおいて、イオン照射法を利用して三次元に配置された柱状欠陥を導入した。その際に、柱状欠陥の導入角度
(=45
, 60, 80)を変化させたときの臨界電流密度
の磁場角度依存性を系統的に調べた。その結果、が大きい時には、磁場角度にピークが現れるものの、全体の大きな向上が見られなかった。柱状欠陥の導入角度が大きい場合には、磁束線のチャネルフローの影響が大きく、Jc向上につながりにくい、と説明できる。一方で、が小さい時には、広い磁場角度領域にわたって顕著なの上昇が見られた。
雨倉 宏*; Toulemonde, M.*; 鳴海 一雅*; Li, R.*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; 石川 法人; 大久保 成彰; et al.
Scientific Reports (Internet), 11(1), p.185_1 - 185_11, 2021/01
被引用回数：15 パーセンタイル：69.32(Multidisciplinary Sciences)シリコンへ6MeV Cイオン照射すると直径10nmのイオントラック損傷が形成されることを見出した。これは、従来知られているイオンエネルギーしきい値(17MeV)よりもはるかに低いエネルギーである。従来知られているような電子的阻止能に由来したイオントラック形成メカニズムだけでは説明できず、それだけでなく核的阻止能に由来した効果も存在する可能性を示唆している。
Fe
O
石川 法人; 田口 富嗣*; 喜多村 茜; Szenes, G.*; Toimil-Molares, M. E.*; Trautmann, C.*
Journal of Applied Physics, 127(5), p.055902_1 - 055902_7, 2020/02
被引用回数：7 パーセンタイル：34.47(Physics, Applied)高速重イオンをセラミックスに照射すると、イオンの入射点に隆起物(ヒロック)が形成されるとともに、イオンの通り道に沿ってイオントラック損傷が形成される。ヒロック形成とイオントラック形成を包括的に理解することが、イオン・固体衝突による照射損傷メカニズムを理解する上で重要なマイルストーンである。本研究では、YFeOを対象として、照射後の透過型電子顕微鏡による観察データの蓄積により、ヒロックとイオントラックが同じ大きさであることが分かった。さらに、ヒロックの縦方向の寸法と横方向の寸法との間に、常に相関関係が成り立っていることを突き止め、その相関関数をイオンの通過による局所融解モデルの枠組みで説明することができた。
with swift heavy ions; TEM study石川 法人; 大久保 成彰; 田口 富嗣
Nanotechnology, 26(35), p.355701_1 - 355701_8, 2015/09
被引用回数：34 パーセンタイル：76.09(Nanoscience & Nanotechnology)UOの模擬物質として研究されることが多いCeOセラミックス材料に、200MeV Auイオンを斜入射方向から照射し、照射後試料を透過型電子顕微鏡(TEM)で微細観察した。その結果、イオン一つ一つが照射表面に形成するナノサイズの隆起物(ヒロック)が、試料表面に形成されるだけでなく、試料端のクラック面にも形成されることが分かった。試料端のヒロックは、TEMで直接観察することが可能なため、ヒロックの結晶性が本研究で初めて明らかになった。観察されたヒロックは、ほぼ均一で結晶性を有していること、さらには結晶方位が母相と同じことが分かった。さらに、ヒロックが球状形状をしていることが分かったので、表面に入射したイオンの入射点において材料の局所的な溶融を引き起こし、溶融した隆起物が表面張力によって球状に変化したプロセスが示唆された。
二川 正敏
IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 74(1), p.012001_1 - 012001_7, 2015/02
被引用回数：2 パーセンタイル：63.46(Materials Science, Multidisciplinary)高出力水銀ターゲットにおける材料問題に関する研究成果、すなわち、液体金属脆化による疲労き裂伝播速度の上昇や破壊脆性値の増加に関する研究成果、イオンビーム照射による照射脆化評価及びナノインデンテーションによる極微小領域の力学特性評価法に関する研究成果、陽子線入射励起衝波による生じるマイクロピット群損傷機構に関する研究成果について総括的にまとめると共に、さらにその抑制技術に関する技術開発について報告する。
Nordlund, K.*; Sand, A. E.*; Granberg, F.*; Zinkle, S. J.*; Stoller, R.*; Averback, R. S.*; 鈴土 知明; Malerba, L.*; Banhart, F.*; Weber, W. J.*; et al.
NEA/NSC/DOC(2015)9 (Internet), 86 Pages, 2015/00
本報では、中性子, イオン, 電子による1次的照射損傷の現在の理解についてレビューを行う。照射損傷の指標であるdpaの有効性について、特にその指標の部分的な欠陥について詳しい議論する。現在最も標準的に使われているNRT-dpaは照射損傷が単位体積あたりの照射エネルギーに比例するので、そのようなスケーリングが成り立つ場合には完全に有効であり、異なった環境での照射を比較する場合に使用できる。しかしながら、NRT-dpaはいくつかの問題点が指摘されており、ここではそれについて詳しく議論し、NRT-dpaを改良した式を提案する。
revealed by 
O-NMR徳永 陽; 西 剛史; 中田 正美; 伊藤 昭憲*; 酒井 宏典; 神戸 振作; 本間 佳哉*; 本多 史憲*; 青木 大*; Walstedt, R. E.*
Physical Review B, 89(21), p.214416_1 - 214416_8, 2014/06
被引用回数：9 パーセンタイル：36.70(Materials Science, Multidisciplinary)AmOの低温の磁気相転移の起源をO NMR法により調べた。この相転移については帯磁率では8.5K付近で明確な異常が観測されるが、中性子やメスバウアー分光測定では磁気双極子の秩序は観測されていない。このためNpOと同じ高次多極子の秩序の可能性も指摘されていた。今回我々は新たにO核を置換したAmO試料を準備し、それをできる限り短時間でNMR実験サイトへと運び測定を行った。これにより自己照射効果がほぼ存在しない場合の電子状態を確認することができた。さらに同試料を極低温状態に一ヶ月保管することで、自己損傷効果が急激に進み、それによって短時間で試料内の電子状態に変化していく様子を観測することができた。さらにNMRスペクトルの温度依存性と核磁気緩和時間の測定から、AmOの磁気相転移がスピン-グラス的な特徴を持つことも明らかになった。
根本 義之; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 塚田 隆
Journal of Nuclear Materials, 343(1-3), p.313 - 317, 2005/08
被引用回数：3 パーセンタイル：23.49(Materials Science, Multidisciplinary)核破砕中性子源の構造材料として考えられているオーステナイト・ステンレス鋼の照射による腐食挙動の変化を調べるため、高純度Fe-18Cr-12Niを用いて研究を行った。この試料に473-773KでNiイオン照射及びH, He注入を行い、腐食試験を行った。腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡を使用した。腐食量は照射損傷量の増加に伴い増加した。また、照射温度の上昇に依存して腐食が大きくなった。そして、H注入は低温では腐食を促進したが高温では腐食を抑制した。また、He注入はいずれの温度条件においても腐食を抑制した。
小西 哲之*; 木村 晃彦*; 秋場 真人; 中村 博雄; 長坂 琢也*; 室賀 健夫*; 長谷川 晃*; 松井 秀樹*
日本原子力学会誌, 46(5), p.311 - 322, 2004/05
国際核融合材料照射施設(IFMIF)は、核融合中性子照射による材料特性や材料寿命の実証のための核融合炉模擬の高エネルギー中性子照射施設であり、国際エネルギー機関(IEA)のもとで、日本,欧州,米国,ロシアの国際協力により進められている。このIFMIF計画は、平成12年から平成14年に渡り、IFMIFの実現に必要な要素技術の開発のため、加速器・ターゲット・テストセル・設計統合に関する要素技術確証フェーズ活動(IFMIF/KEP活動)を実施した。国内では、大学と原研の密接な連携協力によりIFMIF/KEP活動を実施した。加速器では、ECRイオン源の4週間連続運転、ターゲットでは、14m/sまでのLi流動、テストセルでは、均一な試験片温度制御等、IFMIFの実現に必要で、重要な要素技術はほぼ確証された。今後は、これらの要素技術を基礎とした長時間安定運転に必要な各系の工学実証と建設に必要な工学設計が必要である。
根本 義之; 三輪 幸夫; 辻 宏和; 塚田 隆
日本AEM学会誌, 11(4), p.242 - 248, 2003/12
現在、軽水炉の高経年化との関連において重要な検討課題とされているオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)の基礎的な研究のため、照射材における腐食挙動の評価方法の開発及び解析を行った。イオン照射を適用し、照射温度,照射損傷量,ヘリウム(He)注入量を変化させて照射を行った。照射材の腐食挙動の評価には原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)を適用し、その評価のために最適な腐食条件などについて検討した。その結果、照射材の腐食挙動の評価方法を開発し、粒界及び粒内の腐食挙動について評価を行った。方位像顕微鏡(EBSP: Electron Backscatter Difraction Pattern)による観察結果との組合せにより、粒界性格と腐食挙動の相関について検討した。また照射条件と腐食挙動の相関について検討した。
神谷 富裕; 及川 将一*; 大島 武; 平尾 敏雄; Lee, K. K.; 小野田 忍*; Laird, J. S.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.206 - 210, 2003/09
被引用回数：1 パーセンタイル：12.32(Instruments & Instrumentation)原研高崎の重イオンマイクロビーム・シングルイオンヒットシステムでは、宇宙空間における半導体素子のシングルイベント効果(SEU)の研究を目的として、微小半導体素子におけるシングルイオン誘起過渡電流特性の評価が行われている。このような測定では、微小領域に繰り返し入射される高エネルギー重イオンによる物質の照射損傷の影響が問題となる。しかし、入射イオンの個数を制御し、照射損傷の領域を
mレベルで限定できるシングルイオンヒット技術により、シングルイオン入射により生成された電荷がいかなる空間的広がりにおいて収集されるかを知ることも可能である。実験では試験素子である炭化珪素P型PNダイオードの径1mの領域に12MeV Niイオンを1個ずつ連続して照射し、過渡電流波形を計測した。その結果、シングルイオンの入射毎に連続してパルス波高及び収集電荷量が減衰するのが観測された。これはこの領域への1イオン入射による全ての電荷収集過程がそれまでの入射によって蓄積された照射損傷の影響を全て受けているためであると考えられる。これにより電荷収集過程は、横方向には1mあるいはそれ以上の広がりをもつことが予測される。今回はこの現象と、イオンの飛程及び素子の空亡層の厚みとの関係について考察する。
