短寿命核^8Liを用いたLiイオン導電体の拡散研究

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16360317
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 鄭 淳讃 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (00262105)
• 研究分担者: 片山 一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 名誉教授 (30028237) ; 石山 博恒 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (50321534) ; 渡辺 裕 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (50353363) ; 市川 進一 日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究主幹 (20343907) ; 矢萩 正人 青森大学, 工学部電子システム工学科, 教授 (20244890)
• キーワード: 欠陥型イオン導電体 / Li金属間化合物 / 非破壊的その場拡散係数測定 / Li放射性同位体ビーム / 原子空孔 / 規則-不規則変態 / 格子欠陥相互作用 / 空孔濃度

研究概要

平成17年度は、東海短寿命核ビーム加速実験装置(TRIAC : Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex)が提供する^8Liビームを用い、イオン導電体であるLi金属間化合物β-LiGaについて、平成16年度に確立された非破壊的その場拡散係数測定手法により系統的な拡散係数測定実験を行った。
この研究は典型的なLi金属間化合物で構成される欠陥型Liイオン導電体におけるLi原子空孔の規則-不規則変態と空孔濃度の違いに伴うLi自己拡散係数の変化を調べ、格子欠陥(原子空孔、置換原子)及び格子欠陥同士の相互作用がイオン拡散に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。
本年度に用いた^8Liビームは短寿命(半減期:0.84秒)のLi放射性同位体ビームであり、原研・東海研内タンデム加速器施設が提供する^7Liビームを^<13>Cの焼結体を内蔵した表面電離型イオン源に入射させると^<13>Cとの核子移行反応により生成される^8Liをその場で分離・イオン化し、4MeV程度まで最加速したものである。このビームは、今まで用いたビームに比べて高強度で、狭い空間分布とエネルギーの広がりを持ち、より精度のよい測定が可能となった。
Li組成(42%〜55%)の違う5種類LiGa試料を用意し、350〜180K間の詳細な拡散係数の温度依存性の測定が行われ、Li欠乏LiGaに関しては、Li自己拡散係数が2桁以上変わる温度がLi組成によって違うことが観測せれた。又、51at.%Liの試料が、より多くLi原子空孔欠陥が含まれている試料(Li欠乏試料)に比べ、Li拡散が早いことが見出された。この結果は、今まで同類のβ-LiAl、β-LiIn等に比べ、遥かに強い格子欠陥同士(原子空孔-置換原子)の相互作用によってLi拡散が促進されることを示唆する興味深い結果である。

研究成果

• [雑誌論文] Measurement of Self-Diffusion Coefficients in Li Ionic Conductors by Using the Short-Lived Radiotracers of 8Li (2005)
  • 著者名/発表者名: S.C.Jeong et al.
  • 雑誌名: Journal of Phase Equilibria and Diffusion (JPED) 26・5 ページ: 472-476