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高密度電子励起/格子励起損傷のシナジー効果と損傷組織発達

研究課題

研究課題/領域番号 19K05333
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分31010:原子力工学関連
研究機関九州大学

研究代表者

安田 和弘  九州大学, 工学研究院, 教授 (80253491)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード照射損傷 / 原子炉燃料・材料 / はじき出し損傷/電子励起 / 電子顕微鏡法 / 分子動力学法 / カソードルミネッセンス法 / その場観察・計測法 / カソードルミネッセンス / イオントラック / 蛍石型酸化物セラミックス / 電子/格子励起重畳効果 / 格子欠陥 / 透過型電子顕微鏡 / 電子励起 / 原子力材料 / 酸化物セラミックス / 窒化物セラミックス / 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 / 格子励起
研究開始時の研究の概要

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り,線質やエネルギーが異なる種々の放射線の複合照射環境に置かれる。その照射損傷発達過程を理解するためには,複合照射損傷,すなわち高密度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)を点欠陥挙動の立場から明らかにすることが不可欠である。本研究では電子顕微鏡法ならびに放射光分光法を用いて,微細構造発達に及ぼす電子励起/格子励起のシナジー効果を点欠陥挙動の立場から追及し,微細組織発達過程が個々の放射線損傷の足し算とならないことを明らかにしていく。

研究成果の概要

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り、エネルギーや線質(エネルギー損失過程)が異なる放射線が共存する環境下に置かれる。本研究では、電子顕微鏡法、放射光分光法、分子動力学計算法などにより電子励起損傷とはじき出し損傷の同時・重畳照射に伴う照射欠陥形成(シナジー効果)を点欠陥挙動の立場から明らかにすることを目的として、イオンと電子を重畳照射したセラミックス中の照射欠陥形成と陽イオン配列の定量評価、窒化ジルコニウムのはじき出しエネルギー評価、および電子照射下「その場」カソードルミネッセンス法によりセリア中の点欠陥形成の評価を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果はこれまで十分に理解が進んでいなかったセラミックス材料のはじき出し損傷と電子励起の同時照射効果に関する礎的な知見を与え、またそのための実験手法の開発に関わる成果を挙げている。また、窒化物のはじき出しエネルギーとその形態に関する知見は、原子力材料に留まらず関連する種々の機能性セラミックス材料の格子欠陥形成・制御に関する重要な知見を与えるものである。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 6件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件) 図書 (2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Bangladesh Atomic Energy Commission(バングラデシュ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Paris Saclay/CEA(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Universite Paris-Sacray/CEA/CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Bangladesh Atomic Energy Commission(バングラデシュ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] CEA, University of Paris-Saclay/CNRS, University of Saclay/Sorbonne Université(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] BAEC(バングラデシュ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Univ. of Tennessee(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Ab Initio molecular dynamics study of threshold displacement energy in Zirconium Nitride2021

    • 著者名/発表者名
      M.M. Rahman, T. Yamamoto, S. Matsumura, J.M. Costantini, K. Yasuda
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 5554 ページ: 153076-153076

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2021.153076

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cathodoluminescence of cerium dioxide: Combined effects of the electron beam energy and sample temperature2020

    • 著者名/発表者名
      J.M. Costantini, P. Seo, K. Yasuda, AKM. I.S. Bhuian, T. Ogawa, D. Gourier
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 226 ページ: 117379-117379

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2020.117379

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Local structure investigations of accumulated damage in irradiated MgAl2O4.2020

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshioka, K. Tsuruta, T. Yamamoto, K. Yasuda, S. Matsumura, T. Sugiyama, Y. Oba, N. Ishikawa, E. Kobayashi, K. Okudaira
    • 雑誌名

      J Am Ceram Soc.

      巻: 00 号: 8 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1111/jace.17101

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 超高圧電子顕微鏡-カソードルミネッセンス分光法の照射損傷研究への応用2019

    • 著者名/発表者名
      安田和弘、渡辺恭志、Pooreun Seo、AKM Islam Saiful Bhuian、松村晶、Jean-Marc Costantini
    • 雑誌名

      顕微鏡

      巻: 54 号: 3 ページ: 110-115

    • DOI

      10.11410/kenbikyo.54.3_110

    • NAID

      130007783655

    • ISSN
      1349-0958, 2434-2386
    • 年月日
      2019-12-30
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical Reflectivity of Ion-irradiated Cerium Dioxide Sinters2019

    • 著者名/発表者名
      J.M. Costantini, G. Lelong, M. Guillaumetm, D. Gourier, S. Takaki, N. Ishikawa, H. Watanabe, K. Yasuda,
    • 雑誌名

      Journal of Appled Physics

      巻: 126 号: 17 ページ: 175902-175902

    • DOI

      10.1063/1.5100582

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical spectroscopy study of modifications induced in cerium dioxide by electron and ion irradiations2019

    • 著者名/発表者名
      J.M. Costantini, G. Gutierrez, H. Watanabe, K. Yasuda, S. Takaki, G. Lelong, M. Guillaumetm, W. J. Weber
    • 雑誌名

      Philosophical Magazine

      巻: 00 号: 14 ページ: 1695-1714

    • DOI

      10.1080/14786435.2019.1599145

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cathodoluminescence induced in oxides by high-energy electrons: Effects of beam flux, electron energy, and temperature2019

    • 著者名/発表者名
      J-M. Costantini, T. Ogawa, AKM S. I. Bhuian, K.Yasuda
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 208 ページ: 108-118

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2018.12.045

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Electron Microscopy Study for Radiation Damage in Oxide2021

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda
    • 学会等名
      MIRAI 2.0 R&I Week 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 第一原理分子動力学法による窒化ジルコニウムのはじき出しエネルギー評価2021

    • 著者名/発表者名
      M.M. Rahman, 山本 知一,松村 晶, J-M. Costantini, 安田 和弘
    • 学会等名
      日本金属学会 2021年周期第169回講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 電子照射に伴うZrN中の照射欠陥の電子エネルギー依存性2021

    • 著者名/発表者名
      坂口 徳光, M.M. Rahman, 山本 知一, 松村 晶, 安田 和弘, 高木 聖也, 高野 公秀
    • 学会等名
      日本金属学会 2021年周期第169回講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] In-situ Cathodoluminescence in (Ce, Gd)O2-x under High Energy Electron Irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      P. SEO, J-M. Costantini, S.Matsumura, K. Yasuda
    • 学会等名
      MRM 2021 , Symposium on Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transmission electron microscopy study of ion tracks in oxide ceramics2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Yasuda
    • 学会等名
      International Conference on Ion Beams in Materials Engineering and Characterizations (IBMEC-2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] はじき出し/電子励起損傷の重畳に伴う蛍石構造酸化物の微細構造発達2021

    • 著者名/発表者名
      丸尾 彩夏、塘中 宏樹、Mohammad Majidur Rahman、安田 和弘、松村 晶、石川 法人
    • 学会等名
      日本金属学会21年春季第168回講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Point defects production in gadolinia doped ceria under high energy electron irradiation by in-situ cathodoluminescence spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Pooreun SEO, A.K.M.Saiful Islam BHUIAN, Jean-Marc COSTANTINI, Syo MATSUMURA, Kazuhiro YASUDA
    • 学会等名
      日本金属学会21年春季第168回講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高速重イオン・電子の複合的照射下における蛍石構造酸化物の微細組織変化2020

    • 著者名/発表者名
      塘中 宏樹,丸尾 彩夏,安田 和弘,松村 晶,石川 法人,Costantini Jean-Marc
    • 学会等名
      日本原子力学会2020年秋の年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] In-situ cathodoluminescence study of Gd2O3 doped CeO2 in HVEM2020

    • 著者名/発表者名
      Pooreun SEO、BHUIAN A.K.M. Saiful Islam、COSTANTINI Jean-Marc、MATSUMURA Syo、YASUDA Kazuhiro
    • 学会等名
      日本原子力学会2020年秋の年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] In-situ CL in Gd2O3 doped CeO2 under high-energy electron irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Pooreun SEO、BHUIAN A.K.M. Saiful Islam、COSTANTINI Jean-Marc、MATSUMURA Syo、YASUDA Kazuhiro
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会: Symposium F "Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams"
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy dependent formation of dislocation loops in ZrN under electron irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Majidur RAHMAN,Tomokazu YAMAMOTO, Kazuhiro YASUDA, Syo MATSUMURA, Seiya TAKAKI, Masahide TAKANO, Jean-marc COSTANTINI
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会: Symposium F "Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams"
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-situ Observation of Radiation-Induced Defects in ZrN under Electron Irradiation in HVEM2019

    • 著者名/発表者名
      M.M. Rahman, T. Yamamoto, Y. Yamaguchi, K, Yasuda, S. Matsumura, S. Takaki, M. Takano
    • 学会等名
      第29回日本MRS年次大会、Symposium on "Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams"
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microstructual evolution of fluorite-type oxides under synergistic irradiation of displacement and electronic excitation damage2019

    • 著者名/発表者名
      H. Tomonaka, Y. Yamaguchi, K. Yasuda, S. Matsumura, N. Ishikawa
    • 学会等名
      第29回日本MRS年次大会、Symposium on "Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams"
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Point defects production in ceria under high-energy electron irradiation by using in-situ cathodoluminescence2019

    • 著者名/発表者名
      P. Seo, AKM S. I. Bhuian, J.M. Costantini, S. Matsumura, K. Yasuda
    • 学会等名
      日本原子力学会2019年秋の大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Structure and accumulation of ion tracks in ceria and stabilized cubic zirconia2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda, Y. Yamaguchi, S. Matsumura, S. Takaki, N. Ishikawa, J.M. Constantini
    • 学会等名
      20th International conference on Radiation Effects in Insulators
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of F centersproduction in ceria under high-energy electron irradiation by using in-situ cathodoluminescence2019

    • 著者名/発表者名
      P. Seo, AKM S. I. Bhuian, J.M. Costantini, S. Matsumura, K. Yasuda
    • 学会等名
      日本原子力学会九州支部第38回研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] Comprehensive Nuclear Materials 2nd Edition, Volume 1, Chapter 1.062020

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda, J.-M. Costantini, and G. Baldinozzi
    • 総ページ数
      33
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      9780081028667
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] Comprehensive Nuclear Materials, Second edition, Volume 12020

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Yasuda, Jean-Marc Costantini, and Gianguido Baldinozzi,
    • 総ページ数
      35
    • 出版者
      Elsevier
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 九州大学工学部量子物理工学科/工学府量子物理工学専攻

    • URL

      http://www.energy.kyushu-u.ac.jp/qpn/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 九州大学工学研究院エネルギー量子工学部門 量子線物性工学研究室

    • URL

      http://www.qpn.kyushu-u.ac.jp/lab3/member.html

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 九州大学大学院工学研究院 エネルギー量子工学部門 エネルギー物質科学講座

    • URL

      http://www.qpn.kyushu-u.ac.jp/lab3/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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