Structural changes and stability of amorphous materials under radiation environments

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02463
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: ISHIMARU MANABU 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 和久 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 准教授 (70314424) ; 仲村 龍介 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70396513)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 照射効果 / 透過電子顕微鏡 / アモルファス / 構造解析 / 動径分布解析

Outline of Final Research Achievements

The structures of amorphous materials and irradiation-induced structural changes were examined using quantum beam technology, advanced electron microscopy, and computer simulations. The following results were obtained: (1) When silicon oxycarbide (SiOC) was subjected to ion irradiation at 500°C, no significant structural changes were detected, and it was confirmed that the amorphous structure was maintained even under high-temperature irradiation conditions. (2) Helium (He) ion irradiation of SiOC with different SiO2:SiC ratios revealed that He bubbles were formed when the SiC concentration increased. (3) The existence of structures derived from icosahedral clusters was suggested in the amorphous boron carbide prepared by ion beam technology.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

原子力産業分野で使用される構造材料は高温環境下に加え、中性子線や荷電粒子等のエネルギー粒子線場という、特殊な環境下に曝される。高エネルギー粒子線は材料を構成する原子を弾き出し、格子間原子や空孔等の原子レベルの欠陥（照射損傷）を与える。損傷を受けた材料では欠陥の蓄積に伴う体積膨張（スエリング）やアモルファス化による機械的性質の劣化が起こり、原子炉の破壊等の深刻な危機的事象が誘発される。本研究では新規耐照射性材料として注目されているアモルファス材料の照射環境下での安定性を調査した。得られた成果は、原子力発電の安全かつ安心な運用に寄与することが期待される。