2022 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of Radiation Damage Mechanism by Surface Nanostructure Observation of Radiation-Resistant Ceramics
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20K05389
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン照射 / ナノ構造 / セラミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
耐照射性の高いセラミックスには高い再結晶化能力が備わっている、という仮説を様々なセラミックス材料について検証した。その結果、耐照射性の低い「Amorphizable materials」と耐照射性の高い「Non-amorphizable materials」の分類が合理的であることを確固たるものにした。つまり、再結晶化が発現する材料ではイオントラック損傷が顕在化しにくく、結果的に耐照射性を高い傾向があることを実験的に示すことができた。
その一方で、耐照射性の観点からその中間的な特性をもつ材料(SrTiO3)があることも明らかにした。そこで、SrTiO3を研究対象とすることで、少しの照射条件の違いで、再結晶化が起きたり、起きなかったりする事例があることが判明した。さらに解析を進めると、照射直後の物質移動の有無と再結晶化が起きない/起きる現象との関連があることが分かってきた。具体的には、SrTiO3は基本的に再結晶化しやすい部類の材料であるが、表面近傍に高速イオンが通過する場合には、物質移動が顕著で再結晶化に失敗してしまうことが判明した。物質移動と再結晶化との深い関係性が示唆された。さらに、材料範囲を広げていくと、様々な物質移動パターンがあることも分かってきた。表面近傍の物質移動パターンの他に、イオンの飛跡から動径方向外側への物質移動のパターンについても特徴的なナノ構造を形成することを明らかにした。本課題の研究によって、再結晶化、物質移動を伴うナノ構造形成を体系化し、包括的な耐照射性メカニズムの解明に近づくことができた。
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Research Products
(5 results)
