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2014 年度 実施状況報告書

広範なエネルギーのあらゆる粒子に対応したはじき出し損傷モデルのための実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 25820450
研究機関独立行政法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

岩元 洋介  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (10391327)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードDPA / はじき出し断面積 / 照射損傷 / 極低温照射実験 / 電気抵抗測定 / PHITS / 高エネルギー陽子
研究実績の概要

粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、照射損傷量DPA値を計算できる機能を実装しているが、高エネルギー領域(20MeV-1GeV)の陽子照射について、実験データは存在しない。そこで本研究では、極低温の環境下ではじき出し断面積と関連する、陽子照射欠陥に伴う電気抵抗増加を測定するための装置を開発することを目的とする。本年度は、サンプル作成手法とビームフルエンス測定手法の改良を実施した。
サンプルは、純度99.999%の銅線(直径250μm, 長さ152mm)を、2枚の高熱伝導度及び絶縁性を持つ窒化アルミ基板で挟み込む構造とし、1,000℃で1時間かけて焼鈍した。その後、冷却用アンカー(無酸素銅)とGM冷凍機を介した熱伝導により、サンプルを冷却した。試料の抵抗は、四端子法を用いて±10mA出力の電流源とナノボルトメータの組み合わせにより計測した。ビーム電流量は、ビームダンプからの信号とアルミニウム箔を用いた放射化法により求めた。
京大炉FFAG施設において開発した照射装置を用いて、125MeV陽子を極低温下12Kで照射した。その結果、照射前の銅線の電気抵抗29.41μΩに対し、照射欠陥に伴う1.53μΩの微小な電気抵抗の増加を精度よく測定できた。また、PHITSコードを用いて欠陥生成効率を考慮した銅のはじき出し断面積の計算値と、電気抵抗率変化の測定結果から導出した値との比較を行った。その結果、PHITSの計算値は、エネルギー100MeV以上の陽子照射による銅のはじき出し断面積を定量的に再現することがわかった。
本成果をまとめた論文を原子力材料の専門誌Journal of Nuclear Materialsへ投稿した結果、掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

高エネルギー陽子に対する極低温照射試験の手法を確立でき、かつ成果を論文発表できたため。

今後の研究の推進方策

平成27年度は、開発した極低温照射装置を用いてアルミニウムの照射欠陥に伴う電気抵抗測定を実施する。さらに、広いエネルギー範囲(20-1000MeV)に対する測定値を系統的に測定するため、京大炉FFAG施設の他に、阪大RCNP等他の施設での測定の検討を開始する。また、平成27年5月に米国ミシガン州立大学で開催されるWorkshop on Radiation Effects in Superconducting Magnet Materials 2015 (RESMM'15)において成果を発表する。

次年度使用額が生じた理由

加速器運転のスケジュールにより、アルミニウムに対する照射試験を行わなかったため。

次年度使用額の使用計画

国際ワークショップにおける発表のための出張費とアルミニウムに対する極低温照射試験に使用する。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Measurement of the displacement cross-section of copper irradiated with 125 MeV protons at 12 K2015

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Iwamoto, Toshimasa Yoshiie, Makoto Yoshida, Tatsushi Nakamoto, Masaaki Sakamoto, Yasutoshi Kuriyama, Tomonori Uesugi, Yoshihiro Ishi, Qiu Xu, Hiroshi Yashima, Fumiaki Takahashi, Yoshiharu Mori, Toru Ogitsu
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 458 ページ: 369-375

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2014.12.125

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 極低温下での陽子照射による銅の電気抵抗変化測定のための装置開発2015

    • 著者名/発表者名
      岩元洋介、義家敏正、吉田誠、中本建志、阪本雅昭、栗山靖敏、上杉智教、石禎浩、Qiu Xu、八島浩、高橋史明、森義治、荻津透
    • 学会等名
      第49回京都大学原子炉実験所学術講演会
    • 発表場所
      京都大学原子炉実験所
    • 年月日
      2015-01-28 – 2015-01-29

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公開日: 2016-06-01  

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