2019 Fiscal Year Research-status Report
Synergy effects of electronic/nuclear excitatiion and microstructure evolution in ceramic compounds
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19K05333
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
安田 和弘 九州大学, 工学研究院, 准教授 (80253491)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 照射損傷 / 電子励起 / はじき出し損傷 / シナジー効果 / セラミックス / 超高圧電子顕微鏡 / カソードルミネッセンス / イオントラック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化物/窒化物セラミックスは，核燃料や核変換処理材料として期待される重要な原子力材料である。これらの材料は、線質（すなわちエネルギー損失過程）やエネルギーが異なる種々の放射線が存在する複合照射環境で使用されるため，材料中に誘起される照射損傷ならびに微細構造変化は、こうした複合放射線の同時・重畳効果（シナジー効果）による影響が大きい。本研究では、放射線損傷過程を電子励起損傷とはじき出し損傷（格子励起損傷）の同時・重畳効果（シナジー効果）と捉え、これを点欠陥挙動の立場から明らかにすることを目的とする。本年度の研究成果の概要を以下に記す。
1）高速エネルギー重イオンを照射したCeO2試料の照射欠陥を断面法を用いて電子顕微鏡観察を行った。照射欠陥の性状および密度はイオン侵入深さに依存していたが、得られた侵入深さ依存性は弾性的阻止能の深さ変化とは対応しておらず、照射欠陥形成にはシナジー効果が表れていることがわかった。この組織に200 keVの電子を照射し、酸素イオンの選択的はじき出し損傷下での照射欠陥の形成過程を調べた。研究は次年度以降も継続する。
2）超高圧電子顕微鏡を用いて400－1250 keVの電子をZrNに照射しながら「その場」観察実験を行った。電子エネルギーに依存して形成される照射欠陥の形態ならびに性状が異なることを示唆する結果を得た。令和2年度以降も研究を継続していく。
3）原子力材料として重要な役割を持つ３つの材料（蛍石構造酸化物、スピネル構造酸化物、シリコンカーバイド）を対象に、セラミックス材料の照射損傷過程を異なる放射線の照射に起因した点欠陥形成と挙動、微細構造発達過程、寸法安定性、ならびに力学的性質に着目してレビューを行った。本成果は原子力材料教科書（Comprehensive Nuclear Materials）の一章として刊行予定である。
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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
研究は計画通りに進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従って研究を推進する。
1）酸化物ならびに窒化物試料に対して電子的阻止能および弾性的阻止能を系統的に変化させたイオン照射を行い、照射欠陥の性状を調べると共に、電子の追照射を行って選択的に導入した点欠陥（陰イオン、陽イオン）との相互作用を調べる。
2）「その場」カソードルミネッセンス法を用いた点欠陥の蓄積過程を調べ、点欠陥電荷と照射欠陥形成の相関に関する研究を進める。
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