2018 Fiscal Year Research-status Report
イオン照射下での格子間原子集合体の一次元運動機構の解明及びモデリング
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17K07021
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
阿部 陽介 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, 研究副主幹 (50400403)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 成彰 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, 研究副主幹 (60391330)
佐藤 裕樹 広島工業大学, 工学部, 教授 (20211948)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 格子間原子集合体 / 一次元運動 / カスケード損傷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、実機環境の模擬のために必要なカスケード損傷の影響を調べるため、量子科学技術研究開発機構・高崎量子応用研究所において、前年度に確認したデータ解析が可能な照射条件の範囲内で、自己イオン照射下での電子顕微鏡その場観察実験を行い、高純度鉄における格子間原子集合体の一次元（1D）運動挙動データを高感度カメラを用いて取得した。
データ解析の結果、格子間原子集合体の1D運動頻度は照射イオンビーム強度に概ね比例することが分かった。この結果は、我々がこれまで明らかにしてきた点欠陥のみが生成されるシンプルな電子照射下で見られた比例関係と同様である。このことは、電子照射下でもカスケード損傷を生じるイオン照射下でも、静止状態にあって観察可能な格子間原子集合体が、照射による弾き出しが引き金となって1D運動を開始する機構が示唆される。次年度は、1D運動の距離分布について解析を行うことにより、カスケード損傷下での格子間原子集合体の１D運動機構を明らかにする。
また、電子照射下での点欠陥反応に関する従来の反応速度論モデルに対して、格子間原子集合体の１D運動挙動をモデル化し実験データと比較することにより、高純度鉄における格子間原子集合体の1D運動挙動と数密度の時間変化の関連性を明らかにした。このモデルに対して、カスケード損傷下で直接形成されると同時に1D運動を行う格子間原子集合体の反応過程についてモデル化を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度から予定していた、不純物原子の濃度を系統的に変化させた鉄試料を用いたイオン照射実験による格子間原子集合体の1D運動挙動への各不純物原子の影響を調査する段階までは到達していないものの、実験観察前に行う残存転位のアニールのための熱処理を新たに水素雰囲気中で行うことにより、格子間原子集合体の1D運動挙動の再現性を大きく向上させることに成功した。これにより、電子照射下の場合と同様にイオン照射下においても格子間原子集合体の１D運動頻度と照射ビーム強度が概ね比例関係にあることを見出したことは大きな成果である。また、実験装置の予想外の不具合により実験計画が遅れるという問題が生じたものの、前年度明らかにしたデータ解析が可能な照射条件の範囲内でデータ取得を継続して実施できており、装置の修理が完了した次年度は効率的なデータ取得が可能となることが期待される。
また、カスケード損傷下での格子間原子集合体の１D運動挙動のモデル化については、電子照射下実験で明らかにした格子間原子集合体の１D運動挙動の反応速度論の枠組み内でのモデル化及び妥当性の検証が概ね終了したことから、同じ枠組みを用いることによりイオン照射実験による知識の蓄積状況に合わせて順次モデル化を実施できる状況にある。以上のように、当初予期していなかった実験装置上の問題が生じたものの、これまでに得られた結果の内容から判断して研究は着実に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、格子間原子集合体の1D運動の距離分布についてのデータ解析を行い、照射強度依存性の有無を調査する。この結果と、これまでに明らかにした1D運動の頻度の照射強度依存についての知識を総合的に検討することにより、カスケード損傷下での格子間原子集合体の1D運動機構を明らかにする。また、様々な不純物原子の濃度を系統的に変化させた試料を作製し、格子間原子集合体の1D運動挙動と成長挙動に対する実験データを取得することにより、格子間原子集合体の1D運動に与える各不純物原子の影響を検討する。得られた結果から、反応速度論の枠組み内でカスケード損傷下での格子間原子集合体の1D運動挙動のモデル化を順次進めるとともに、格子間原子集合体の成長挙動データとの比較によりモデルの妥当性を検証する。
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| Causes of Carryover |
当該年度の使用を予定していた試料作製用消耗品一式のうちの一部を既存の試料で代替できたことや、実験設備費の一部を他の予算により代替できたことから次年度使用額が生じた。次年度以降は、様々な不純物原子の濃度を系統的に変化させた合金試料を作製する必要があり、そのために必要な高純度母材の購入及び不純物分析料金としての使用を検討する。
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Research Products
(1 results)
