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論文

Visualizing cation vacancies in Ce:Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$ scintillators by gamma-ray-induced positron annihilation lifetime spectroscopy

藤森 公佑*; 北浦 守*; 平 義隆*; 藤本 將輝*; Zen, H.*; 渡邊 真太*; 鎌田 圭*; 岡野 泰彬*; 加藤 政博*; 保坂 将人*; et al.

Applied Physics Express, 13(8), p.085505_1 - 085505_4, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

CeドープGd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$(Ce:GAGG)シンチレーターにおける陽イオン空孔の存在を明らかにするために、ガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定(GiPALS)法による測定を行った。GAGGおよびCe:GAGGのGiPALSスペクトルに現れる成分は、バルク中と欠陥に捕獲された状態の陽電子消滅であり、その結果2つの指数減衰成分で構成されている。Ce:Y$$_{3}$$Al$$_{5}$$O$$_{12}$$に関する研究から、欠陥に関連する構造はAl/Ga-Oの複空孔に起因するものであることが示唆された。この成分は、Ce, Mg:GAGGの方が小さくなり、その傾向はリン光の原因である浅い電子トラップの抑制と相関していた。酸素空孔は、Al/Ga空孔の電荷を補う役割をしている。欠陥に関連した構造における寿命は、Mg共ドーピングによって大幅に変化し、これは、酸素空孔とともに、Al/GaサイトでのMg$$^{2+}$$イオンとの集合体を考慮することで理解され、その結果、空孔クラスターが形成された。

論文

Positron annihilation in the near surface of room temperature ionic liquids

平出 哲也; O'Rourke, B. E.*; 小林 慶規*

Journal of Physics; Conference Series, 791(1), p.012029_1 - 012029_4, 2017/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.99

イオン液体である、N,N,N-trimethyl-N-propylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TMPA-TFSI)について、産総研に整備された垂直型の低速陽電子ビームを用いて、液面近傍における陽電子消滅率の測定を試みた。イオン液体の蒸気圧は非常に小さく、真空容器内にそのままイオン液体を配置することで、液面表面近傍の陽電子消滅率の測定を行うことが可能である。本測定は、イオン液体表面近傍における最初の陽電子消滅率の測定となる。その結果、三重項ポジトロニウムの消滅率が表面に近いほど大きくなることが分かった。

論文

弾性応力下におけるマルテンサイト鋼中の水素起因格子欠陥の形成促進と水素脆化

土信田 知樹*; 鈴木 啓史*; 高井 健一*; 平出 哲也; 大島 永康*

NanotechJapan Bulletin (インターネット), 8(3), 5 Pages, 2015/07

水素を含んだ鉄鋼材料は含まないものに比べ、応力付与によって延性低下が著しく進展し、より破断しやすくなる(水素脆化問題)。水素脆化の機構は、材料中の格子欠陥形成と深く関係するとされているが、一般に格子欠陥の実験的評価が難しいため不明な点も多い。本研究課題では、水素脆化と格子欠陥との関係を明らかにするために、昇温脱離分析(TDA)と陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)とを用いて、一定弾性応力下に保持された鉄鋼材料(焼戻しマルテンサイト鋼)の水素チャージによって形成する格子欠陥の検出を試みた。この結果、弾性応力下であっても水素をチャージすることで鋼中での原子空孔生成が著しく促進されること、さらに生成した空孔型欠陥が鋼の延性低下をもたらすことを明らかにした。

論文

Structural defects in SiO$$_2$$/SiC interface probed by a slow positron beam

前川 雅樹; 河裾 厚男; Chen, Z. Q.; 吉川 正人; 鈴木 良一*; 大平 俊行*

Applied Surface Science, 244(1-4), p.322 - 325, 2005/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:52.23(Chemistry, Physical)

熱酸化過程においてSiO$$_2$$/SiC界面に残留する構造欠陥を評価するため、低速陽電子ビームを用いSiO$$_2$$/SiC構造における界面欠陥の検出とその評価を試みた。陽電子消滅寿命測定より、界面の構造はSiCよりも空隙が多くSiO$$_2$$に近い構造であると考えられる。ドップラー幅拡がり測定からは、界面領域においてWパラメータの増大が見られ、これは酸素価電子との消滅に由来することが示唆された。また酸化後にアルゴン雰囲気中でアニール処理を行うと、界面領域におけるWパラメータの減少が見られた。これは酸素価電子の影響が減少したことによると思われる。以上より、SiO$$_2$$/SiC界面には酸素ダングリングボンドを含む不完全酸化物が堆積しており、アニール処理を行うとこれが消失し界面構造の向上が図られるものと考えられる。

報告書

高速短パルス陽電子ビーム形成装置の開発

前川 雅樹; 益野 真一*; 平野 剛*; 近藤 政和*; 河裾 厚男; 伊藤 久義; 岡田 漱平

JAERI-Tech 2003-039, 52 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-039.pdf:5.14MB

高温下・応力下など極限環境下にあるバルク試料の陽電子消滅寿命測定を行うために、高速短パルス陽電子ビーム形成装置を製作した。本装置は陽電子消滅寿命測定に必要な時間間隔を持つ陽電子パルスビームを形成するための低速陽電子ビームパルス化部と、パルス圧縮とビーム加速を同時に行うことができる可能な高周波加速管より構成されている。本装置の特徴は、パルス化に用いる1keVの低エネルギービームと最大1MeVの高エネルギービームという2種類のビーム制御を同時に行う点にある。電子ビームによる動作試験では、最大1MeVのビームエネルギーが達成可能であること、試料部にて$$phi$$0.5mmの低エミッタンスビームを形成できることを確認した。これらは陽電子測定に適合するものである。高速パルスビームの時間構造はサテライトパルスを含むものであったが、パルス化装置に入射する低速ビームのエネルギー広がりを低減すればシングルパルス形成が可能であるとの結果を得た。高速パルス陽電子ビーム形成では電子ビーム同様の加速エネルギーを確認した。エネルギー広がりに影響されにくいパルス化システムを構築しCW加速方式を採用することで高周波加速空洞を用いた陽電子消滅寿命測定システムを構築することが可能となることが明らかとなった。

論文

Research and development of high energy pulsed positron beam

前川 雅樹; 河裾 厚男; 岡田 漱平; 伊藤 久義

Materials Science Forum, 363-365, p.658 - 660, 2001/05

高時間分解能陽電子ビームを用いた陽電子寿命測定は高温・高圧等の極限環境下での材料の構造変化や欠陥集合過程の観察に極めて有効である。本技術の確立を目指し、高周波加速の手法を用いた高速短パルス陽電子ビーム形成装置の開発を行ってきた。電子ビームを用いて動作試験を行った結果、最大ビームエネルギー1MeV$$pm$$5%,ビーム径0.8mmが得られ、ほぼ設計性能を満たすことが確認できた。また、陽電子消滅寿命測定を行うため、5.6ns周期、幅100psのファインパルス列形成を目指し調整を進めた。広帯域デジタルサンプリングオシロスコープによるパルス波形観測の結果、本来必要とされるパルス列に加え、サテライトパルスが観測された。サテライトパルスは陽電子寿命測定の際、擬似寿命成分となり測定精度を悪化させる原因となる。ビームシミュレーションに基づく検討を行った結果、付加的なサテライトパルスの除去にはバンチング効率の向上が有効であるとの結論を得た。

口頭

陽電子消滅法及び中性子小角散乱法によるSUS316系の破壊に至る塑性変形時内部組織変化の観察

石本 和聖; 平出 哲也; 鈴木 淳市*; 大久保 成彰; 鈴木 一彦*

no journal, , 

SUS316の塑性変形により導入される欠陥評価のために陽電子消滅寿命測定を行った。変形を与える前にはほとんど長寿命成分が見られなかったが、40%の変形を与えることで177ピコ秒の成分が86%程度現れ、原子空孔が導入されていると考えられる。また、中性子小角散乱実験の結果、くびれが始まる約50%を超える塑性ひずみと共に散乱強度が上昇していることから、$$mu$$mレベルのボイド発生を検出していると考えられる。破壊に至る変形過程の微細構造変化評価手段として、陽電子消滅法と小角散乱法は異なるサイズの欠陥とボイドの情報が観測されており、両手法を用いることの有用性が示された。

口頭

ポジトロニウムを用いた室温イオン液体表面の研究

平出 哲也; O'Rourke, B. E.*; 小林 慶規*

no journal, , 

産業技術総合研究所に整備された垂直型低速陽電子ビームを用いて、室温イオン液体,N,N,N-trimethyl-N-propylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TMPA-TFSI)の表面近くの陽電子消滅寿命測定を行った。その結果、バルクに比べ液面付近では高いポジトロニウム(Ps)形成収率と短いオルソーPs(o-Ps)消滅寿命が観測された。これらは、おそらくTMPA-TFSIの表面近傍の層構造によって起こっているものであると考えられる。垂直型低速陽電子ビームはイオン液体の表面の研究において重要な手法の一つになると考えられる。

口頭

陽電子消滅測定系を用いた微小試験片評価手法の開発

安藤 太一*; 山脇 正人*; 平出 哲也; 秋吉 優史*

no journal, , 

陽電子寿命計測法(PALS)は金属, 半導体などのサブナノメートルサイズの空孔欠陥を評価する上で有用な手段である。PALSは$$gamma$$線計測により行う手法であり、中性子照射試料などでは放射化の影響が問題となる。そこで、微小試験片1枚で計測を行うことを可能とする陽電子寿命計測装置の開発を行っている。微小試験片では試料以外の部分で消滅した陽電子の情報を取り除くことが必要となり、試料周囲をシンチレータで囲み、取り除くイベントを抽出することを試みており、その発光によりアンチコインシデンス手法を用い20%程度取り除くことに成功した。

口頭

微小試験片を用いた陽電子消滅寿命評価手法の開発

安藤 太一*; 山脇 正人*; 平出 哲也; 秋吉 優史*

no journal, , 

陽電子寿命計測法(PALS)は金属、半導体などの物質中のナノメートルサイズの欠陥を評価する上で有用な手段である。しかし、PALS測定では陽電子源の両側に2枚の平らな試験片が必要であったため、1つの複雑な形状の小さな試験片にPALSを適用することは困難であった。本研究の目的は、複雑な形状を有する1つの小さな試料に適用可能なPALS手法を開発することであり、1つの試料でPALSスペクトルを測定することに成功した。

口頭

微小試験片を用いた陽電子消滅寿命評価手法の開発

安藤 太一*; 山脇 正人*; 平出 哲也; 秋吉 優史*

no journal, , 

陽電子寿命計測法(PALS)は金属, 半導体などのナノメートルサイズの空孔欠陥を評価する上で有用な手段である。特に核融合炉や原子炉の材料開発において、放射線による損傷挙動の解明は重要な課題であり、PALSが注目されている。しかし、PALSにおいては試料の形状、数の制約により測定方法が制約されてきた。現在、照射場が非常に限られており、また放射化による放射能低減のため、測定試料の微小化が強く求められているが、この制約はPALS適用の大きな妨げになっている。本研究では、任意の形状の試験片1枚で陽電子寿命計測が可能な測定システムの開発を行った。試験片周囲をシンチレータで取り囲み試験片に入射されなかった陽電子をシンチレータの発光で検知し、排除処理(アンチコインシデンス)することにより試料中におけるPALS計測を試みた。その結果、従来の測定手法と概ね一致しているスペクトルを得ることに成功した。

口頭

Long-term oxidative degradation of electron-beam irradiated high density polyethylene studied positron annihilation lifetime technique

岡 壽崇; 木野 康志*; 関根 勉*

no journal, , 

ポリエチレンは原子力施設や加速器施設のケーブル被覆材や絶縁体として利用されており、長期間の利用で劣化することが知られている。そのため、施設の安全性や健全性には、劣化の評価が非常に重要である。本研究では、電子線照射から3年間大気中で保管した高密度ポリエチレンの長期酸化劣化を、赤外分光法, ゲル分率測定, 電子スピン共鳴法および陽電子消滅寿命測定法を用いて継続的に調べた。オルトポジトロニウムの生成割合とゲル分率測定の結果には直線関係があり、この直線関係は時間とともに低生成割合・低ゲル分率の方向にシフトした。これらの結果は、高密度ポリエチレンは3年経ってもなお、長期的な酸化劣化を引き起こしていることを示している。また、陽電子消滅寿命測定法は、照射による構造変化を非破壊にモニターすることができることがわかった。

口頭

ガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定システムの開発

平 義隆*; 藤本 將輝*; 藤森 公佑*; 北浦 守*; Zen, H.*; 岡野 泰彬*; 保坂 将人*; 山崎 潤一郎*; 加藤 政博*; 平出 哲也; et al.

no journal, , 

一般的な陽電子源には$$^{22}$$Naなどの放射性核種が利用されるが、厚さ1mm以上の金属材料を透過できないといった問題がある。厚さ数cmのバルク試料及び圧力炉や高温炉など容器に入れられた試料に陽電子を発生させる方法として、高エネルギーガンマ線を利用するガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定法(Gamma-ray induced positron annihilation lifetime spectroscopy: GiPALS)がある。陽電子の消滅寿命は、金属材料では200ps程度であるため陽電子寿命を正確に測定するためにはそれよりもパルス幅の短いガンマ線をGiPALSに利用することが重要である。我々は、UVSORにおいて90$$^{circ}$$衝突レーザーコンプトン散乱を用いて独自に開発してきたパルス幅2psの超短パルスガンマ線のGiPALSへの原理実証実験に成功した。

口頭

UVSORにおけるガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定法の開発

平 義隆*; 藤本 將輝*; 藤森 公佑*; 北浦 守*; Zen, H.*; 岡野 泰彬*; 保坂 将人*; 山崎 潤一郎*; 加藤 政博*; 平出 哲也; et al.

no journal, , 

一般的な陽電子源には$$^{22}$$Naなどの放射性核種が利用されるが、厚さ1mm以上の金属材料を透過できないといった問題がある。厚さ数cmのバルク試料及び圧力炉や高温炉など容器に入れられた試料に陽電子を発生させる方法として、高エネルギーガンマ線を利用するガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定法(Gamma-ray induced positron annihilation lifetime spectroscopy: GiPALS)がある。陽電子の消滅寿命は、金属材料では200ps程度であるため陽電子寿命を正確に測定するためにはそれよりもパルス幅の短いガンマ線をGiPALSに利用することが重要である。我々は、UVSORにおいて90$$^{circ}$$衝突レーザーコンプトン散乱を用いて独自に開発してきたパルス幅2psの超短パルスガンマ線のGiPALSへの原理実証実験に成功した。

口頭

ガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光によって解き明かすガーネット結晶の空孔型欠陥

北浦 守*; 藤森 公佑*; 平 義隆*; 藤本 將輝*; Zen, H.*; 平出 哲也; 鎌田 圭*; 渡邊 真太*; 大西 彰正*

no journal, , 

カチオン空孔は負に帯電するので、その性質を調べるには陽電子消滅分光法が唯一の方法である。我々は、超短パルスレーザーと電子ビームの垂直衝突によって高エネルギーパルスガンマ線を発生させた。本研究では、その高エネルギーガンマ線を用いた陽電子消滅寿命分光によってGAGG(Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$)、CeドープGAGGおよびCe, MgドープGAGGの結晶中に存在する空孔型欠陥の研究を行った。欠陥に関連した構造における寿命は、Mg共ドーピングによって大幅に変化し、これは、酸素空孔とともに、Al/GaサイトでのMg$$^{2+}$$イオンとの集合体を考慮することで理解され、その結果、空孔クラスターが形成されていると考えられた。

口頭

ガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光で解き明かすCe:Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$結晶の燐光成分の起源

藤森 公佑*; 北浦 守*; 平 義隆*; 藤本 將輝*; Zen, H.*; 平出 哲也; 鎌田 圭*; 渡邊 真太*; 大西 彰正*

no journal, , 

超短パルスレーザーと電子ビームの垂直衝突によって高エネルギーパルスガンマ線を発生させた。本研究では、その高エネルギーガンマ線を用いた陽電子消滅寿命分光によってGAGG(Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$)、CeドープGAGGおよびCe, MgドープGAGGの結晶中に存在する空孔型欠陥の研究を行った。欠陥に関連した構造における寿命は、Mg共ドーピングによって大幅に変化し、これは、Al/Ga空孔が消失することを示す。この事実は燐光成分が抑制されることとよく対応しており、Mgの共添加が浅い電子捕獲中心の抑制に有効であることを示す重要な結果である。

口頭

デジタルオシロスコープのみによるダブルストップ陽電子消滅寿命測定

平出 哲也

no journal, , 

Na-22を陽電子源として用いた$$gamma$$-$$gamma$$同時計測による陽電子消滅寿命測定の多くは、アナログモジュールを全く用いずにデジタルオシロスコープのみで行われている。消滅ガンマ線を2つとも計測するダブルストップによる測定では、時間分解能が改善することが知られているが、デジタルオシロスコープのためのトリガ信号をアナログモジュールで作り稼働させる方法が紹介されており、通常行われているシングルストップによる方法のようには普及はしていない。そこで、デジタルオシロスコープに準備されている高度なトリガ機能による、アナログモジュールを用いないダブルストップによる測定方法を試み、測定が可能であることを確認した。

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