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ポジトロニウムを用いたガラス構内のナノボイドおよび中距離構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18540307
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅰ
研究機関東北大学

研究代表者

井上 耕治  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50344718)

研究分担者 永井 康介  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10302209)
畠山 賢彦  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30375109)
研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,670千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 270千円)
2007年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2006年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
キーワードポジトロニウム / ガラス / ナノボイド / 第一原理計算
研究概要

本研究では、ガラス構造の主要物性で重要な役割を果たすと言われている中距離規則構造とその揺らぎであるナノボイド(空隙)を、ナノボイドに局在するポジトロニウム(Ps:電子と陽電子の水素様束縛状態)を用いて調べた。Psは中性の軽粒子であり、ガラス中ではナノボイドを自ら探し出し(自己探索)、そこに局在し、そこの空間的拡がり、ナノボイド周囲化学元素の情報を選択的に伝えてくれるという特徴を持つ。そこで、SiO_2を主成分とする各種2成分系モデルガラスを製作し、ナノボイド中に形成したPsの運動量分布、寿命からナノボイドの寸法について系統的に調べた。即ち、パラPs(p-Ps)の運動量分布から不確定性原理を用いる方法と、オルソPs(o-Ps)のピックオフ消滅寿命から、高分子中の自由体積解析に使われているTao-Eldrup模型を用いる方法の両方から、各種ガラス中のナノボイドの平均半径の化学組成依存性を求めた。全く独立した手法による両者の解析結果はコンシステントであり、ガラス網目形成体であるB_2O_3、 GeO_2を添加したガラス中のナノボイド平均半径は2成分ガラスのモル濃度比に比例して変化した。一方、網目修飾体であるLi_2O、 Na_2O、K_2Oを添加したR_2O-SiO_2ガラス(R=Li,Na,K)では、R_2Oモル濃度が増加すると、平均半径が急激に減少した。これは、網目修飾体を含む場合には、SiO_4四面体が作るガラス網目のナノボイドに網目修飾体のRイオンが入り込む構造を取るためである。これらの結果は、Zachariasen-Warrenガラス構造模型の空隙を直接かつ系統的に観測した結果である。さらに実験結果は、Rイオンは大きなナノボイドから優先的入り込むことを示している。これらの結果は今問題となっている放射性廃棄物ガラス固化体の安定性を評価する上で重要なものではないかと考えている。

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (22件)

  • [雑誌論文] Temperature-activated transition of positronium from self-trapped to delocalized st ate in CaF_22007

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, N. Suzuki, I. V. Bondarev, T. Hyodo
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 76

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunnel detrapping of self-trapped positronium in SrF_2 single crystal2007

    • 著者名/発表者名
      I. V. Bondarev, K. Inoue, N. Suzuki, T. Hyodo
    • 雑誌名

      Stat. Sol C 4

      ページ: 3867-3870

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-activated transition of positronium from self-trapped to delocalized state in CaF_22007

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, N. Suzuki, I.V. Bondarev, T. Hyodo
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 76

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Tunnel detrapping of self-trapped positronium in SrF_2 single crystal2007

    • 著者名/発表者名
      I. V. Bondarev, K. Inoue, N. Suzuki, T. Hyodo
    • 雑誌名

      Phys. Stat. Sol C 4

      ページ: 3867-3870

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 陽電子消滅およびESR法によるSiO_2-B_2O_32元系モデルガラス中の照射欠陥2007

    • 著者名/発表者名
      宇野弘倫、井上耕治、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      日本金属学会2007年春期大会
    • 発表場所
      千葉工業大学
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 陽電子消滅およびESR法で調べたSiO_2-B_2O_32元系モデルガラス中の照射欠陥2007

    • 著者名/発表者名
      宇野弘倫、井上耕治、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      第44回アイソトープ・放射線研究発表会
    • 発表場所
      東京・日本青年館
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] ESRと陽電子消滅による低温電子線照射しSiO_2-B_2O_32元系モデルガラス中の照射欠陥の研究2007

    • 著者名/発表者名
      宇野弘倫、井上耕治、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      日本金属学会2007年秋期講演大会
    • 発表場所
      岐阜大学
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 電子スピン共鳴および陽電子消滅法による硼酸ガラス中の照射欠陥2007

    • 著者名/発表者名
      井上耕治、宇野弘倫、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      日本物理学会 第62年次大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] ESRと陽電子消滅による低温電子線照射したSiO_2-B_2O_32元系モデルガラス中の照射欠陥の研究2007

    • 著者名/発表者名
      宇野弘倫、井上耕治、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Irradiation-induced defects in SiO_2-B_2O_3 glasses studied by positron annihilation and electron spin resonance2007

    • 著者名/発表者名
      H. Uno, K. Inoue, T. Takeuchi, Y. Nagai, M. Hasegawa
    • 学会等名
      2007 Spring Annual Meeting of The Japan Institute of Metals
    • 発表場所
      Chiba Institute of Technology University
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Irradiation-induced defects in SiO_2-B_2O_3 glasses studied by positron annihilation and electron spin resonance2007

    • 著者名/発表者名
      H. Uno, K. Inoue, T. Takeuchi, Y. Nagai, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The 44th Annual Meeting on Radioisotope and Radiation Research
    • 発表場所
      Tokyo
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Low temperature electon irradiation-induced defects in SiO_2-B_2O_3 glasses studied by positron annihilation and electron spin resonance2007

    • 著者名/発表者名
      H. Uno, K. Inoue, T. Takeuchi, Y. Nagai, M. Hasegawa
    • 学会等名
      2007 Autumn Annual Meeting of The Japan Institute of Metals
    • 発表場所
      Gifu University
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Irradiation-induced defects in B_2O_3 glass studied by positron annihilation and electron spin resonance2007

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, H. Uno, T. Takeuchi, Y. Nagai, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan 2007 autumn meeting
    • 発表場所
      Hokkaido University
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Low temperature electon irradiation-induced defects in SiO_2-B_2O_3 glasses studied by positron annihilation and electron spin resonance2007

    • 著者名/発表者名
      H. Uno, K. Inoue, T. Takeuchi, Y. Nagai, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The specialist Meeting on Positron Annihilation Techniques for Science and Engineering
    • 発表場所
      KUR, Kyoto
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] ESRと陽電子消滅による低温電子線照射したSiO_2-B_2O_32元系モデルガラス中の照射欠陥の研究2007

    • 著者名/発表者名
      宇野弘倫、井上耕治、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      日本金属学会2007年秋期講演大会
    • 発表場所
      岐阜大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ESRと陽電子消滅による低温電子線照射したSiO_2-B_2O_3 2元系モデルガラス中の照射欠陥の研究2007

    • 著者名/発表者名
      宇野弘倫、井上耕治、武内伴照、永井康介、長谷川雅幸
    • 学会等名
      京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 氷中Psの陽電子消滅2次元角相関2006

    • 著者名/発表者名
      武内伴照、永井康介、唐政、井上耕治、外山健、千葉利信、長谷川雅幸、Morten Eldrup、斉藤春雄、兵頭俊夫
    • 学会等名
      第43回アイソトープ・放射線研究発表会
    • 発表場所
      東京・日本青年館
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computation of annihilation characteristics of delocalized and localized positrunium in SiO_22006

    • 著者名/発表者名
      Z. Tang, Y. Nagai, K. Inoue, T. Toyama, M. Saito, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Positron Annihilation
    • 発表場所
      Hamilton, Canada
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Two-dimensional angular correlation of annihilation radiation from positronum in ice2006

    • 著者名/発表者名
      T. Takeuchi, Y. Nagai, Z. Tang, K. Inoue, T. Toyama, T. Chiba, M. Hasegawa, M. Eldrup, H. Saito, T. Hyodo
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Positron Annihilation
    • 発表場所
      Hamilton, Canada
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Structural subnanovoids in silica-based model glasses2006

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, H. Kataoka, Y. Nagai, Z. Tang, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Positron Annihilation
    • 発表場所
      Hamilton. Canada
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] イオン結晶および氷中のBloch-Psの2次元角相関運動量分布2006

    • 著者名/発表者名
      武内伴照、永井康介、唐政、井上耕治、外山健、千葉利信、長谷川雅幸、斎藤春雄、兵頭俊夫、Morten Eldrup
    • 学会等名
      京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Two-dimensional angular correlation of positron annihilation radiation of positronium in ice2006

    • 著者名/発表者名
      T. Takeuchi, Y. Nagai, Z. Tang, K. Inoue, T. Toyama, T. Chiba, M. Hasegawa, M. Eldrup, H. Saito, T. Hyodo
    • 学会等名
      The 43^<rd> Annual Meeting on Radioisotope and Radiation Research
    • 発表場所
      Tokyo
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Computation of annihilation characteristics of delocalized and localized positrunium in SiO_22006

    • 著者名/発表者名
      Z. Tang, Y. Nagai, K. Inoue, T. Toyama, M. Saito, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The 14^<th> International Conference on Positron Annihilation
    • 発表場所
      milton, Canada
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Two-dimensional angular correlation of annihilation radiation from positronum in ice2006

    • 著者名/発表者名
      T. Takeuchi, Y. Nagai, Z. Tang, K. Inoue, T. Toyama, T. Chiba, M. Hasegawa, M. Eldrup, H: Saito, T. Hyodo
    • 学会等名
      The 14^<th> International Conference on Positron Annihilation
    • 発表場所
      Hamilton, Canada
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Structural subnanovoids in silica-based model glasses2006

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue, H. Kataoka, Y. Nagai, Z. Tang, M. Hasegawa
    • 学会等名
      The 14^<th> International Conference on Positron Annihilation
    • 発表場所
      milton, Canada
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Two-dimensional angular correlation of positron annihilation radiation of positronium in ice and ionic crystals2006

    • 著者名/発表者名
      T. Takeuchi, Y. Nagai, Z. Tang, K. Inoue, T. Toyama, T. Chiba, M. Hasegawa, H. Saito, T. Hyodo, M. Eldrup
    • 学会等名
      The specialist Meeting on Positron Annihilation Techniques for Science and Engineering
    • 発表場所
      KUR, Kyoto
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2020-05-15  

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