Effect of implanted helium on thermal diffusivities of SiC/SiC composites

田口 富嗣; 井川 直樹; 實川 資朗; 志村 憲一郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 242(1-2), p.469 - 472, 2006/01

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.08.126

SiC繊維強化SiCマトリクス(SiC/SiC)複合材料は、優れた高温強度特性を有し、中性子照射後の誘導放射能も低いことから、核融合炉の構造材料の候補材料として期待されている。核融合炉構造材料として、熱交換の効率化及び熱応力の低減化の観点から、候補材料には高熱伝導率を有することが要求されている。核融合炉環境下において、14MeVの中性子照射により、材料中に核変換生成物としてHe及びHが生成する。そこで、本研究では、SiC及びSiC/SiC複合材料の熱拡散率に及ぼすHe原子の影響をHe注入法により検討した。その結果、He注入によりSiC及びSiC/SiC複合材料の熱拡散率は減少するが、核融合炉運転温度である8001000Cの範囲では、熱拡散率の減少はとても小さいことを見いだした。また、アニール効果により、熱拡散率の回復がみられた。He注入により試料内に導入された照射欠陥濃度を、推定した。それによれば、He注入濃度が増加するとともに、照射欠陥濃度も増加する。また、照射欠陥濃度は、500C付近で急激に減少する。これは、SiCからHeが拡散し始める温度と一致している。

Growth of ZnO nanorods on Cu implanted substrates

武山 昭憲; 山本 春也; 吉川 正人; 伊藤 洋

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(1B), p.750 - 753, 2005/01

https://doi.org/10.1143/JJAP.44.750

銅イオン注入と熱処理によりピラミッド形状をした銅化合物微粒子を生成させたSi(100)基板上へ、化学気相蒸着法(CVT)によりナノメートルサイズの柱状酸化亜鉛(酸化亜鉛ナノロッド)を成長させた。その結果、直径が約200nmのナノロッドを基板に対してほぼ垂直に成長させることに成功した。さらに単位面積あたりに成長した酸化亜鉛ナノロッドの数は、単位面積あたりに生成した銅化合物微粒子数に比例して増加することから、銅化合物微粒子は酸化亜鉛ナノロッドが成長する際に触媒として機能していると考えられた。

イオン駆動透過法によるニッケル中のトリチウムと重水素の拡散及び表面再結合に関する同位体効果の測定と評価(協力研究)

中村 博文; 西 正孝; 杉崎 昌和*

JAERI-Research 2003-018, 32 Pages, 2003/09

JAERI-Research-2003-018.pdf:1.32MB

核融合炉の安全評価上必要な材料中のトリチウム輸送挙動の評価は、トリチウム輸送物性値、もしくは、軽水素,重水素輸送特性の同位体効果理論によるトリチウムへの外挿値により評価される。しかしながら、トリチウム輸送物性値の測定例は稀少であり、また、同位体効果理論の外挿性についてもトリチウムデータの稀少さゆえに完全に確証されておらず、材料中トリチウム挙動予測に不確実性が存在する。そこで本研究では、この材料中におけるトリチウムの輸送特性を評価するために、イオン駆動透過法を用いて、水素透過挙動がよく知られたニッケルに対するトリチウムの拡散係数及び表面再結合係数を測定し、全く同じ条件で実施した重水素の結果との比較により拡散と表面再結合のトリチウム-重水素間の同位体効果を評価した。その結果、拡散係数の同位体間効果に関しては、古典拡散理論から予測される同位体効果を示さず、トリチウムが重水素よりも大きな拡散係数を持つこと及び拡散の活性化エネルギーがトリチウムの方が小さいという傾向を得た。これらの結果は、振動温度を従来報告値より若干高く仮定することにより、既存の修正拡散モデルで説明可能であることを明らかにした。さらに、表面再結合に関する同位体効果に関しても、修正溶解モデルにより同様に説明可能なことを示した。

Structure and optical properties of germanium implanted with carbon ions

Wei, P.; Xu, Y.; 永田 晋二*; 鳴海 一雅; 楢本 洋

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206(1-4), p.233 - 236, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00738-9

互いに固溶しない組合せとして、炭素イオンを注入により非晶質化したGe単結晶((100)と(110))について、その熱処理による結晶化過程を、イオンビーム解析法(ラザフォード後方散乱分光法、イオンチャネリング法、及び核反応法)、ラマン分後法及び原子間力顕微鏡法により調べた。いずれの注入条件でも非晶質になるものの、その回復挙動は、イオン注入時の入射角に敏感であることを見出した。すなわち、斜入射の条件でCイオン注入したGeでは、450度までの熱処理により結晶化するとともに、注入された炭素原子は表面に拡散・析出してナノ黒鉛を形成した。一方垂直入射の場合には熱回復の挙動は異なり、注入された炭素と照射欠陥の分布変化及び回復は観測されなかった。これらの結果は、イオン注入時に生ずる欠陥密度と拡散に影響する歪勾配が関係している。

Exchange of tritium implanted into oxide ceramics for protium by exposure to air vapors at room temperature

森田 健治*; 鈴木 宏規*; 曽田 一雄*; 岩原 弘育*; 中村 博文; 林 巧; 西 正孝

Journal of Nuclear Materials, 307-311(2), p.1461 - 1465, 2002/12

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(02)01286-2

原研と名古屋大学との協力研究に基づいて実施された酸化物セラミックス中に注入したトリチウムと大気中水蒸気の軽水素との同位体交換反応について報告する。実験は、まず、原研のイオン源により1試料あたり約7.4GBqの純トリチウムを注入した。トリチウム注入した試料を3グループに分け、それぞれ、大気(水分濃度約9000ppm),窒素ガス(水分濃度約100ppm),乾燥窒素(水分濃度0.01ppm以下)の環境に24時間曝露した後、0.5K/sec,1273Kまでの等速昇温脱離試験を実施した。試験の結果、水蒸気中の軽水素と材料表面に存在するトリチウムとの同位体交換反応が観察されるとともに、酸化物セラミックス中に打ち込まれたトリチウムは酸化物中の酸素原子と結合していることが明らかとなった。これらの結果をもとに、名古屋大学で考案された固体内水-水素同位体交換反応モデルに基づく解析を実施し、観察されたトリチウムの放出挙動との良い一致を得た。

Nucleation of carbon onions and manocapsules under ion implantation at high temperature

阿部 弘亨

Diamond and Related Materials, 10(3-7), p.1201 - 1204, 2001/07

https://doi.org/10.1016/S0925-9635(00)00452-0

カーボンオニオンの核形成・成長機構を明らかにすることを目的とし、銅基板への炭素イオン注入実験及び電子顕微鏡内イオン注入実験を行った。銅多結晶に注入温度300~700にて100keV Cイオンを210C/cmまで注入した後、カーボンオニオンやナノカプセル状オニオン等を電顕観察した。また500における電子顕微鏡内イオン注入実験を行い、核生成・成長過程をその場電顕観察した。微細組織の注入温度・注入量・基板結晶性に対する依存性から、(1)微細な炭素クラスタあるいは母相内の格子欠陥等を核としたオニオンと(2)銅微粒子周囲に発達したグラファイト構造を核とするナノカプセルという2種類の核形成機構が判明した。また、オニオン形成過程のその場観察実験から、注入量のしきい値が求められ、オニオンが位相コントラストと歪コントラストの双方を有し、すなわち基板内部に形成されること、基板の照射誘起蒸発によって最終的には表面を集積することなどが明らかになった。

Formation of TiOF compounds in fluorine-implanted TiO

八巻 徹也; 住田 泰史; 山本 春也

Journal of Materials Science Letters, 21(1), p.33 - 35, 2001/01

https://doi.org/10.1023/A:1014282225859

本研究では、TiOルチル単結晶に対する200 keV Fイオン注入とその後の熱アニールの効果について調べた。注入試料を573K及び873K,各5時間,等時アニールすることによって、飛程付近の照射損傷は消失しTiO本来の結晶構造がほぼ回復した。このアニールプロセスと同時に、注入されたFが表面へ優先的に拡散することがわかった。アニール後の試料に対するX線光電子分光スペクトルを解析することによって、高濃度にFドープされたTiOF (x=0.0039)が表面に形成されていることが明らかになった。

The Oxidation behaviors of Fe, Cr and Ni in O-ion implanted SUS304 stainless steel by in situ SR-XPS, 2; Chemical state of oxygen

Li, Y.; 馬場 祐治; 関口 哲弘

Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 20(6), p.331 - 337, 2000/12

304ステンレス鋼及びその構成元素である金属鉄、金属クロム、金属ニッケルにイオン注入された酸素の化学結合状態を放射光X線光電子分光法(SR-XPS)によりその場観察した。SUS304中に注入された酸素はすべて金属と結合するが、金属鉄、金属クロム及び金属ニッケル中では、一部の酸素のみが金属と結合を作ることがわかった。すなわち純金属中では、金属と結合し酸化物を作る結合型酸素と、結晶格子間に存在するフリーの酸素が存在する。これらの2種類の酸素の存在する割合は、金属の化学反応性により異なることが明らかとなった。

RBS/NRA/channeling analysis of implanted immiscible species

楢本 洋; 山本 春也; 鳴海 一雅

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 161-163, p.534 - 538, 2000/03

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(99)00960-X

ヘテロエピタキシャル結晶成長の初期過程を調べるため、互に固溶しない2つの系で(Cu,Nb; C,Ir)、イオン注入・及びイオンビーム解析を低温で行った。デュアルビーム解析システムを用いて、30~60Kの温度領域でCuイオンをNbに注入したり、CイオンをIrに注入した。基板にはいずれも高品質の単結晶薄膜を用い、注入元素の結晶学的存在状態を、ラザフォード散乱法と組み合せたチャネリング解析(Cu→Nb系)及びラザフォード散乱/核反応(C(d,p)C)と組み合せたチャネリング解析(C→Ir)により調べた。その結果、(1)注入させたCuはNb中を低温でも拡散して表面に集積して、ヘテロエピタキシャル成長することを見いだした。ただし、このCu格子は立方晶からずれている可能性が高い。(2)注入されたCは、Ir中で100方向に沿って整列していること、及びCHを注入した場合にはIrに存在し得ないことを見いだした。これらの成果について討論する。

XPS and XANES observations on non-stoichiometric SiN produced by low-energy ion implantation

Ali, M.; 馬場 祐治; 関口 哲弘; Li, Y.; 山本 博之

Photon Factory Activity Report 1998, P. 36, 1999/11

http://ccdb5fs.kek.jp/cgi-bin/img/tiff2gif?199923003+00066

シリコン単結晶に低エネルギー窒素イオンを注入し、表面に生成したSiN(0x4/3)層の電子構造をX線光電子分光法(XPS)及びX線吸収端微細構造法(XANES)により測定した。Si 1sのXPSスペクトルによると、窒素注入量が10atoms/cmのオーダーでは、中間組成をもつSiN(x=1,2,3)がいったん生成するが、10atoms/cm以上では、化学量論組成をもつSiN層に移行する。しかし、XPSより深い領域の電子構造を反映する電子収量法によるSi K-吸収端のXANESスペクトルでは、この物質層にも依然として非化学量論組成をもつSiN(x=1,2,3)が含まれていることがわかった。注入後の試料を800Kまでアニールすることにより、これらの中間層は消え、完全にSiN層に変化することが明らかとなった。