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ナノ欠陥制御による新規耐照射性材料の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H04518
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 構造・機能材料
研究機関九州工業大学

研究代表者

石丸 学  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2017年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2016年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
キーワード照射効果 / 透過電子顕微鏡 / 構造解析 / アモルファス / 照射損傷 / 透過電子顕微鏡法 / ナノ構造 / 照射 / 電子顕微鏡 / 動径分布関数 / アモルファス化 / SiC / エネルギー材料 / ナノ欠陥制御 / 極限環境
研究成果の概要

原子力発電所に使用される構造材料は高温環境に加えて、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。このため、原子力材料には高温安定性に加えて、優れた耐照射性が求められている。本研究では炭化ケイ素(SiC)に多量の面欠陥を導入した「ナノ構造SiC」を作製し、その照射に伴う構造変化をイオンビーム技術および透過電子顕微鏡法を用いて調査した。その結果、重イオン照射環境下では照射エネルギーが大きくなるにつれ、単結晶SiCよりも優れた耐照射性を示すことが見い出された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では優れた耐照射性を有する材料の開発を目的として、炭化ケイ素(SiC)に多量の面欠陥を導入した「ナノ構造SiC」の照射挙動を、イオンビーム技術と透過電子顕微鏡法により調査した。SiC中の面欠陥は1000℃以上の高温環境下でも安定に存在し、実操業条件においても組織変化による材料劣化を抑制できると考えられる。優れた耐照射性材料の開発は、原子力産業分野に使用される構造材料の信頼性に寄与することが期待される。

報告書

(4件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Nebraska - Lincoln(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Nebraska-Lincoln/Texas A&M University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Tennessee/Oak Ridge National Laboratory/North Carolina State University(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] 電子励起効果によるアモルファス物質の低温結晶化2019

    • 著者名/発表者名
      石丸 学、仲村龍介
    • 雑誌名

      日本結晶学会誌

      巻: 61 号: 1 ページ: 29-34

    • DOI

      10.5940/jcrsj.61.29

    • NAID

      130007605920

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • 年月日
      2019-02-28
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Compositional effects on radiation tolerance of amorphous silicon oxycarbide2019

    • 著者名/発表者名
      S. Mizuguchi, S. Inoue, M. Ishimaru, Q. Su, and M. Nastasi
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 518 ページ: 241-246

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2019.03.012

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct observations of crystallization processes of amorphous GeSn during thermal annealing: A temperature window for suppressing Sn segregation2019

    • 著者名/発表者名
      M. Higashiyama, M. Ishimaru, M. Okugawa, and R. Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 125 号: 17

    • DOI

      10.1063/1.5086480

    • NAID

      120006629157

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular-dynamics simulations of solid phase epitaxy in silicon: Effects of system size, simulation time, and ensemble2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kohno and M. Ishimaru
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 9 ページ: 095503-095503

    • DOI

      10.7567/jjap.57.095503

    • NAID

      210000149634

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large-scale molecular-dynamics simulations of solid phase epitaxy in Si2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kohno and M. Ishimaru
    • 雑誌名

      Proceedings of Materials Science and Technology 2018

      巻: - ページ: 300-303

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Helium irradiation and implantation effects on the structure of amorphous silicon oxycarbide2017

    • 著者名/発表者名
      Q. Su、S. Inoue、M. Ishimaru、J. Gigax、T. Wang、H. Ding、M. Demkowicz、L. Shao、M. Nastasi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 3900-3900

    • DOI

      10.1038/s41598-017-04247-x

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low-temperature synthesis of crystalline GeSn with high Sn concentration by electron excitation effect2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura、M. Ishimaru、M. Okugaw、R. Nakamura、H. Yasuda
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 10 ページ: 100307-100307

    • DOI

      10.7567/jjap.56.100307

    • NAID

      210000148313

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Amorphization resistance of nano-engineered SiC under heavy ion irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      Imada Kenta、Ishimaru Manabu、Xue Haizhou、Zhang Yanwen、Shannon Steven C.、Weber William J.
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 478 ページ: 310-314

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2016.06.031

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 透過電子顕微鏡法によるアモルファスSiOCの構造と照射誘起構造変化の解析2018

    • 著者名/発表者名
      水口将輝、井上晋輔、石丸 学
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会・軽金属学会九州支部平成30年度合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Relationship between amorphous structure and radiation tolerance of silicon oxycarbide2018

    • 著者名/発表者名
      水口将輝、井上晋輔、石丸 学、Qing Su、Michael Nastasi
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第61回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アモルファスGeSnの構造および構造変化の電子線動径分布解析2018

    • 著者名/発表者名
      稲永航平、東山将士、石丸 学、奥川将行、仲村龍介
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Siにおける固相エピタキシャル成長の分子動力学シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      河野佳代、石丸 学
    • 学会等名
      応用物理学会第65回春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Si固相エピタキシャル成長の分子動力学シミュレーション:アンサンブル、サイズおよび時間の影響2018

    • 著者名/発表者名
      河野佳代、石丸 学
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会・軽金属学会九州支部平成30年度合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Large-scale, long-time molecular-dynamics simulations of solid phase epitaxy in Si2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kohno and M. Ishimaru
    • 学会等名
      Materials Science & Technology 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transmission electron microscopy study on radiation tolerance of nanostructured and amorphous ceramics2018

    • 著者名/発表者名
      M. Ishimaru
    • 学会等名
      28th Annual Meeting of MRS-J
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Heイオン照射下におけるアモルファスSiOCの構造安定性2017

    • 著者名/発表者名
      井上晋輔、田島遼太郎、石丸 学、Qing Su、Michael Nastasi
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会・軽金属学会九州支部平成29年度合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Heイオン照射アモルファスSiOCの電子線動径分布解析2017

    • 著者名/発表者名
      井上晋輔、田島遼太郎、石丸 学、Qing Su、Michael Nastasi
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ナノ構造化した炭化ケイ素の重イオン照射下における耐照射性2016

    • 著者名/発表者名
      井上晋輔、今田健太、石丸 学
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会・軽金属学会九州支部平成28年度合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 重イオン照射下におけるナノ構造SiCの構造変化2016

    • 著者名/発表者名
      井上晋輔、今田健太、石丸 学
    • 学会等名
      日本金属学会2016年秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-21  

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