Direct observation of surface nanostructure created by swift heavy ions

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K06963
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Ishikawa Norito 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (90354828)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田口 富嗣 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (50354832) ; 篠嶋 妥 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80187137)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ナノ構造 / 照射損傷 / イオン照射 / セラミックス

Outline of Final Research Achievements

Nanohillocks are formed at the surface of ceramics when irradiated with swift heavy ions with the energy above 100 MeV. To elucidate the mechanism of such surface nanostructures, transmission electron microscopy observation has been performed for various types of irradiated ceramics. We found that there are some materials where nanohillocks have crystalline feature, whereas most of the materials exhibit noncrystalline feature of the nanohillocks. Although crystal lattice structure is temporally lost near ion path for all the irradiated ceramics, crystal lattice structure is found to recover quickly only in the specific materials (e.g. CeO2, CaF2). Capability of restoring lattice structure is found in the materials where nanohillocks exhibit crystalline feature.

Free Research Field

照射損傷学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高速重イオン照射はセラミックス材料に対する破壊力が高く、照射によって結晶構造が崩れていくことは不可避だと考えられてきた。しかし、本研究により、一部のセラミックスにおいては、結晶構造が崩れた後でも急速に結晶構造を修復させる能力を有していることが分かった。耐照射性の高いセラミックス材料を開発する上で、一部のセラミックスのもつこの損傷修復能力の発見は非常に重要である。この損傷修復能力を最大化する方向に研究開発が進めば、今後新しい耐照射性材料を開発する道が開けると期待できる。