2021 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of Radiation Damage Mechanism by Surface Nanostructure Observation of Radiation-Resistant Ceramics
| Project/Area Number |
20K05389
|
|---|
| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
|---|
Principal Investigator |
石川 法人 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 (50354832)
篠嶋 妥 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80187137)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | イオン照射 / ナノ構造 / セラミックス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
高速重イオンを微小入射角で照射した Nb添加したSrTiO3 の表面ナノ構造を調べた成果についてまとめた。セラミックスに対して高速重イオンを微小入射角で照射すると、ヒロックチェーン (イオンの飛跡に沿って、複数個並んで形成されるナノヒロック) が表面付近に形成されることが知られている。我々は、ヒロックチェーンの形態・性状を AFM(原子間力顕微鏡) と SEM(走査型電子顕微鏡) を利用して、詳細に調べた。その際に、全く同じヒロックチェーンを、AFM と SEM のそれぞれで観察することに成功した。AFM の観察データは、先行研究の示す通りに、ヒロックチェーンが形成されていることを示している一方で、SEM の観察データは (同じヒロックチェーンを観察しているにもかかわらず) ヒロックチェーンをつなぐ黒い線状コントラストも現れることが判明した。これらの新しい損傷データをもとに、ヒロックチェーンの形成メカニズムについて推論した。さらに TEM(透過型電子顕微鏡)観察した結果、表面近傍の照射損傷と材料材部の照射損傷の形態が異なることが判明し、表面の存在が大きく照射損傷形態に影響を及ぼすことが分かった。本結果に基づいて、微小入射角で照射した際に形成される特殊なイオントラック損傷の形成プロセスを明らかにした。具体的には、表面付近に形成されたイオントラック損傷は、瞬間的に融けたことを反映して、寸法が比較的大きいのに対して、表面から遠い材料内部に形成されたイオントラック損傷は、瞬間的に融けたのちに部分再結晶したことを反映して、寸法が比較的小さいことが分かった。このことから、表面からの距離に依存して、損傷状態が大きく影響を受けることが示唆された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
材料内部の照射損傷形態（イオントラック損傷）と表面付近の照射損傷形態（表面ヒロック）との質的な違いが明らかになっており、損傷データが蓄積されて損傷メカニズムに関する我々の仮説が強固になりつつある。また、成果を論文にまとめることが出来ている。本成果をもとに、将来的な課題も見つかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
表面近傍に形成される照射損傷形態と材料内部に形成される照射損傷形態が異なることが分かりつつある。また、試料の厚さを変化させていくことにより、その形態変化を追っていくことが可能であることも分かりつつある。今後は、極薄の試料において現れる表面特有の照射損傷形態を系統的に調べていく。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受けて、当初計画通りに実験を行うことができず、実験に係る費用の支出額が予定よりも少額となったため、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額は、次年度分研究費と合わせて、実験に係る費用や計画中の極薄試料作製に係る費用として使用する。
|
