| 研究課題/領域番号 |
26289365
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
堀 史説 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20275291)
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| 研究分担者 |
寺澤 倫孝 兵庫県立大学, 付置研究所, 研究員 (20197792)
井上 博之 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40203252)
岩瀬 彰宏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60343919)
宮本 修治 兵庫県立大学, 付置研究所, 教授 (90135757)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 陽電子ビーム / 対生成 / 水素 / 格子欠陥 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、金属の脆化や腐食などに寄与する水素原子と格子欠陥との関連性について原子レベルでの挙動を明らかにするための陽電子消滅測定装置の開発を行うとともに、金属中の水素原子の挙動を原子レベルで評価する事を目的としている。
本研究で構築している装置の主要な点として、蓄積リング電子、レーザー波長、磁場分離の３つで陽電子エネルギーを制御でき、バルク内部mm深さでの非破壊陽電子消滅測定を行う装置としては加速部を必要としない画期的な装置である。この装置の開発構築とともに、実際の金属合金内部の格子欠陥と水素に関連した情報を得るための実験を並行して実施してきた。
初年度は、兵庫県立大学高度産業科学技術研究所の放射光施設であるニュースバル内のビームラインBL-01において、レーザーコンプトンγ線の発生、鉛のターゲットでの陽電子の対生成、磁場分離した陽電子のラインを確認し設計作製にあたり、模擬的に電磁石とターゲットを用いて生成した陽電子と陽電子消滅のスペクトルを観測することに成功した。昨年までには疲労による欠陥の導入の有無やアモルファス合金と結晶化合金の密度差に対応する陽電子消滅の違いの検出にも成功し、陽電子のエネルギーと物質内での陽電子侵入深さの評価確認実験を行い学会および論文発表を行った。ビームラインにおいては、SN比向上のための改良策を試行錯誤で対策を進めており、新たな回路の検証を現在も検証中である。また、材料中の欠陥と水素に関する実験として、前年度までに作製したB2構造のFe-Al合金に対し、京都大学原子炉実験所および原子力研究開発機構にてエネルギーの異なる電子線照射を行い、導入される欠陥種の評価を陽電子により行い欠陥種にエネルギー依存性があることを確認した。最終年度では、現在作製している水素注入合金、腐食合金などのバルク材を陽電子ビーム測定をおこない、バルク内部での水素の影響を評価する。
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| 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
昨年度までの計画では、(1)放射光施設で生成した高速陽電子の磁場分離と試料への導入のための装置の構築、(2)水素注入、腐食等の測定用試料の作製、(3)陽電子ビームマラメータの調整と検討、(4)陽電子測定におけるSN比向上の検討などが２年目までの主な予定である。これに対する状況は、(1)装置の設計製作はほぼ完了し(4)に対応する精度向上の検討を装置の改良、回路の検討で進めている。(2)はFeAl合金への欠陥生成の電子線照射のエネルギー依存性が確認され、これに電解水素チャージによる陽電子パラメータの変化、水素イオン注入による表面強度の変化を継続して評価中である。また腐食についてはステンレス鋼への酸化雰囲気等での腐食実験を継続中である。(3)についてはNdレーザーによる８MeV陽電子の生成を計算機シミュレーションとの比較と板材を使った陽電子侵入深さ評価によりmmオーダーでの深さの欠陥評価が可能であることしめした。(4)については、上記にも記述したが同期回路を使った陽電子消滅の認証回路を設ける事でSN比を向上させる検討を開始し、予備実験としてトリガーとなるパルスを発生させ、陽電子消滅信号との同期が可能であることの確認を行った。これにより、高エネルギーの陽電子をAPDに通過させることによって陽電子の物質内での消滅の確認とすることを検討し、現在同期回路の作製を進めている。以上のように、計画に対してはおおよそ８割程度以上は達成している。本年度は最終年度になるため、これらの複数の作業を最終目標に繋げることを念頭にして研究を進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度となる本年度は、基本的には予定通りの計画で実施していく。
装置は、いくつかのレーザー（波長）種での陽電子ビームの確認をこれまでに実証しているので、エネルギー選択性としての可能性として更なるレーザー波長でのエネルギー評価を行う。測定回路について、より現実的な測定評価手法として確立するためにSN比を向上させる手法としてAPDによる同期回路を用いた陽電子消滅測定を実施し、より短時間での精度の高い欠陥測定を可能にする。陽電子のSN比向上のための実証実験の評価には陽電子対生成および消滅ビームラインにおける計算機シミュレーションも取り入れ、より正確な評価を行う。このシミュレーションには購入したPHITSおよびSIMIONコードを用い、欠陥の深さの同定や分布評価にも適用する。これらの装置の実証研究と並行して、前年度までに作製した試料の陽電子ビームでの測定を随時実施する。
試料については、照射および水素チャージ等による欠陥導入試料であるFeAl金属間化合物合金、ステンレス合金のバルク材に対する陽電子消滅測定および水素による特性への影響を評価するためにビッカース硬度測定、実際の水素捕獲量の定量評価のためのガス分析熱量測定TDA、水素分析NRT等を行い、これらの総合評価を行う。
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