CR-39検出器中潜在飛跡形成機構における酸素の役割

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680590
• Research Institution: Kobe University of Mercantile Marine
• Principal Investigator: 山内 知也 神戸商船大学, 商船学部, 助教授 (40211619)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小田 啓二 神戸商船大学, 商船学部, 教授 (40169305)
• Keywords: 固体飛跡検出器 / CR-39検出器 / 潜在飛跡 / AFM / UV-visible / FTIR / 酸素効果 / トラック化学

Research Abstract

CR-39飛跡検出器中に形成されるイオントラックについて、次のような結果を得た。1)トラックコアサイズ:イオントラックの径方向サイズを評価するために、(1)極短時間のエッチングと原子間力顕微鏡観察とから得た、微少エッチピットの成長挙動よりコアサイズを求めた。また、(2)トラックオーバーラッピングモデルと紫外-可視吸収スペクトルのフルエンス依存性とに基づて、同サイズを評価した。トラック径は、プロトンからゼノンイオンまで、数nmのオーダーにあり、阻止能の3乗根にほぼ比例した。2)低LET放射線効果:トラックの線量分布モデルによると、イオンの軌跡から数nmの距離における吸収線量は数百kGy以上に達する。ガンマー線や高エネルギー電子をこのような高線量まで照射した同検出器のエッチング特性を評価し、その線量、線量率、深さ依存性を明らかにした。損傷がラジカルと溶存酸素との反応によって形成されると仮定し、それらが質量バランス式と拡散方程式に従うとするモデルを考案し、数値計算を行った。同モデルが実験結果をよく再現することが明らかになり、トラック形成も同様な酸化反応によると考えられた。3)振動スペクトル:損傷の化学構造を知るために赤外線吸収スペクトルやラマン散乱スペクトルを求めた。照射後の同検出器中にはCO_2ガスとOH基の生成が確認された。生成したOH基と吸着した水の寄与を分離観察するために、特に、その場観察型のFT-IRシステムを加速器ビームラインに導入した。数nmの拡がりを持つ同検出器のトラック中では、ポリカーボネイト結合部がCO_2ガスを放出して分子鎖の新たな端点を形成し、その近隣部分がOH基によって装飾されていると考えられる。以上の結果については、2002年9月と10月に、それぞれ、開催された5th International Symposium on Ionizing Radiation and Polymers 及び 21st International Conference on Nuclear Tracks in Solidsにおいて発表した。

Research Products

• [Publications] Tomoya Yamauchi, A.EL-Rahmany^*, D.Mineyama, H.Nakai, K.Oda: "Surface layer in CR-39 plastic track detector where the bulk etch rate is enhanced"Radiation Measuremtns. (in press).
• [Publications] T.Yamauchi: "Studies on the nuclear tracks in CR-39 plastics"Radiation Measuremtns. (in press).
• [Publications] T.Yamauchi, D.Mineyama, H.Nakai, K.Oda, N.Yasuda: "Track core size estimation in CR-39 track detector using atomic force microscope an UV-visible spectrophotometer"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press).
• [Publications] T.Yamauchi, Y.Somaki, H.Nakai, K.Oda, T.Ikeda, H.Honda: "Oxidative degradation of CR-39 track detector in the surface region during gamma-"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press).
• [Publications] R.Barillon, T.Yamauchi: "Chemical bond scission induced by ions and gamma-ray in cellulose nitrate detector"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (in press).