2019 Fiscal Year Research-status Report
Quantification of nanoscale structure formed by radiation-induced segregation
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19K22153
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
村上 健太 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50635000)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺内 誠 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 敦賀総合研究開発センター, リーダー (40838992)
CHEN DONGYUE 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任講師 (10816028)
岩田 憲幸 久留米工業高等専門学校, 材料システム工学科, 准教授 (40397534)
関村 直人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10183055)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 原子力材料・核燃料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三次元アトムプローブ法(3DAP)は、針状の試料に高周波パルス電圧を加えることで試料表面の原子を一つずつ電界蒸発させて、二次元＋時間の三次元情報とTime of Flight法による原子の質量数から、三次元の原子マップを再構成する手法である。
原理上、試料の方位によって分解能の意味合いが違っているので、あらかじめ結晶方位を特定してからFIBで試料作製し、どの原子面から飛び出した原子かを分類する。さらに試料の方向に合わせて、探索したいナノ組織の形状に合わせて、異方性を考慮した探索アルゴリズムを構築する。これらを組み合わせることにより、異方性を持ったナノ組織に適した分析手法を確立することを本研究の目的としている。
2019年度は、鉄基二元合金を対象としたイオン照射実験を行って照射硬化を確認すると共に、イオン照射材から微小試料をリフトアウトして加工し、三次元アトムプローブの測定を行うための一連の技術開発に成功した。本研究では、試料の作成、イオン照射、微細加工、3DAP測定をそれぞれ別の施設で行うので、試料作成及びハンドリングの標準化が技術的な課題となったが、それぞれの施設に置いて適切な手法を確立できた。また、複数の方法によって三次元の原子マップ再構築を試行し、それぞれの特徴を評価した。
効率的に二次元的な照射欠陥への溶質原子偏析を探索するためにハッシュテーブルのキーとミラー指数を関連付けたデータ処理に基づく探索アルゴリズムを検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルスの対応のため、実験施設への立入り等が制限されており、予定していた実験データの再構築作業などの一部が実施できていない。
しかしながら、再構築後の解析アルゴリズムの構築などを先倒しで進めることにより、全体としては当初の予定通りに完了させる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は3DAP測定に関連した技術開発を概ね完了することができた。
2020年度はデータを拡充すると共に、照射誘起偏析による二次元的な溶質原子集合体の探索アルゴリズムを開発し、その効果を既存の手法と比較して検討する。
内部に転位が存在する場合、試料の小片化の過程でひずみが緩和することから、試料の上部と下部では直交座標系とミラー指数の関係が変化する場合がある。そこで二次元投影像の濃淡を利用して電界放出面の結晶方位を求め、 z 軸からの傾きを算出し、常に直交座標系とミラー指数の関係が一定になるように各原子の座標を補正する。これにより、転位周辺における見かけの原子密度が変化する。次に、偏析を仮定した方位に沿って、面上の濃度分布の違いを探索する。統計的な検討を行えるよう、多数の試料の測定を行実施する。
2021年度は、測定方位及び電界放出面毎に原子マップの領域を区分し、それぞれの領域で、円盤状のナノ組織の数密度やサイズ分布を評価する。サイズ分布の違いから、電界放出挙動に与える結晶方位の依存性を半定量的に把握すると共に、測定誤差の改善の程度を評価する。
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| Causes of Carryover |
実験の一部がコロナウイルス対応のため年度内に完了しなかったことから、予算を繰り越しました。
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