スピネル型酸化物結晶における電子励起を伴う照射欠陥形成過程の原子分解能解析

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18206068
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 松村 晶 Kyushu University, 工学研究院, 教授 (60150520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 和弘 九州大学, 工学研究院, 准教授 (80253491) ; 椎山 謙一 九州大学, 工学研究院, 助教 (30243900) ; 波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (60264107)
• Keywords: スピネル化合物 / イオン照射 / イオントラック / 高分解能電子顕微鏡 / 球面収差補正 / 分子動力学計算 / 格子欠陥形成エネルギー / 格子欠陥移動工ネルギー

Research Abstract

本研究では、強い放射線照射環境で使用される材料として考えられているMgO・nAl_20_3スピネル結晶について、最新の電子顕微鏡技術による実験と分子動力学計算によって、イオンや電子照射によって形成される構造欠陥を実験と理論計算の両面から原子分解能で解明し、電子励起過程が照射欠陥生成とその挙動に及ぼす効果を明らかにすることを目的としており、(1)イオン・電子照射に伴う照射欠陥の形成とその安定性に関する実験、(2)スピネル中の欠陥形成挙動に関する分子動力学計算機実験、の2項目を研究の主たる柱として研究を進めている。以下に本年度に得られた成果の概略を述べる。
(1)(001)面方位のMgO・nAl_20_3(n=1.1)単結晶ディスク状試料を作製し、それに対して日本原子力研究開発機構のタンデム加速器を用いて200MeVXe^<14+>イオンならびに350MeVAu^<28+>イオンを照射した。
(2)両イオンともに10^<17>m^<-2>レベルまで強照射すると、それまで明確に存在していたイオントラックが消失し、全体に歪みが蓄積された組織となった。これらの組織変化は、イオン照射影響部の重なりが進んだことによる。
(3)昨年度に確立したGULP(General Utility Lattice Program)コードを用いた分子動力学計算により、フレンケル欠陥の蓄積がスピネル結晶構造の不安定化に与える影響についての検討を進めた。その結果、点欠陥の蓄積が進むと、特に4面体位置に陽イオンが不安定化して占有率が低下し、結晶構造が岩石型構造に近づいていくことが示された。この傾向は、イオン照射実験で明らかにされている挙動と定性的に合致している。

Research Products

• [Journal Article] Molecular dynamics simulation of point defect accumulation in MgAl_2O_4 (2008)
  • Author(s): T.Yamamoto, A.Chartier, K.Yasuda, C.Meis, K.Shiiyama, S.Matsumura
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production and stability of radiation-induced defects in MgAl_2O_4 under electronic excitation (2008)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Yamamoto, S.Seki, K.Shiiyama, S.Matsumura
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The atomic structure of disordered ion tracks in magnesium aluminate spinel (2007)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Yamamoto, S.Matsumura
  • Journal Title: JOM 59 Pages: 27-30
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microstructure and Ion Configuration of Spinel Irradiated with Swift Heavy Ions (2007)
  • Author(s): K.Yasuda, T.Yamamoto, S.Kawasoe, S.Matsumura, N.Ishikawa
  • Journal Title: JAEA Review 2007 46 Pages: 91-92
• [Presentation] (2007)
  • Author(s): A.Chartier, T.Yamamoto, K.Yasuda, C.Meis, K.Shiiyama, S.Matsumura
  • Organizer: 2007 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston,USA
  • Year and Date: 20071126-30
• [Presentation] (2007)
  • Author(s): 椎山 謙一, 山本 知一, 安田 和弘 松村 晶, A.Chartier, C.Meis
  • Organizer: 日本原子力学会2007年秋の大会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 20070927-29
• [Presentation] MgAl_2O_4中の点欠陥に関する分子動力学計算:(2)フレンケル対蓄積過程 (2007)
  • Author(s): 山本 知一, 椎山 謙一, 安田 和弘 松村 晶, A.Chartier, C.Meis
  • Organizer: 日本原子力学会2007年秋の大会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 20070927-29
• [Presentation] 電子励起下におけるマグネシア・スピネル中の転位ループ成長・収縮過程 (2007)
  • Author(s): 安田 和弘、関真 一郎、山本 知一、松村 晶
  • Organizer: 日本原子力学会2007年秋の大会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 20070927-29
• [Presentation] Molecular dynamics simulation of point defect accumulation in MgAl_2O_4 (2007)
  • Author(s): T.Yamamoto, A.Chartier, K.Yasuda, C.Meis, K.Shiiyama, S.Matsumura
  • Organizer: 14^<th> International Conference on Radiation Effects in Insulators
  • Place of Presentation: Caen,France
  • Year and Date: 20070828-0901
• [Presentation] Production and stability of radiation-induced defects in MgO/Al_2O_3 under electronic excitation (2007)
  • Author(s): K.Yasuda, S.Matsumura
  • Organizer: 14^<th> International Conference on Radiation Effects in Insulators
  • Place of Presentation: Caen,France
  • Year and Date: 20070828-0901