環状およびネットワーク構造結晶の耐中性子損傷性

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本研究では、結晶構造が環状構造あるいはネットワーク構造からなり、構造中に比較的大きな空洞をもつ化合物の中性子照射挙動及び照射欠陥の回復過程を、実際に中性子照射した物質について高分解能電子顕微鏡観察、熱伝導率測定、X線回折を用いて検討することを目的としている。本年度は、昨年度までデータを集積し、環状構造あるいはネットワーク構造をもつ化合物の中性子照射損傷について相互比較を行った。SiN_4四面体が6員環を形成しているベータ型窒化ケイ素、SiC_4四面体がネットワーク構造をとるベータ炭化ケイ素、AIN_4四面体がネットワーク構造をとる窒化アルミニウム、および、AIO_6八面体に構造空孔を有するアルミナに中性子の重照射により導入された欠陥と照射による体積変化、熱拡散率変化を比較検討した。アルミナ及び窒化アルミニウムでは格子間原子型転位ループが主として(001)面に形成され、ループの成長が阻害されないため、欠陥が蓄積し、粒子の異方的な膨張を招き、臨界の応力を越えると粒界破壊に至ると考えられた。窒化ケイ素では{100}面および{110}面、炭化ケイ素では{111}面に形成され、ループの成長が相互に制限され、点欠陥濃度が高くなり合体消滅するため、体積膨張は制限されると考えられた。さらに、SiC_4四面体が最密充填構造をとる炭化ケイ素について、核変換ヘリウムの放出挙動から拡散速度を明らかにし、また、ヘリウムバブル形成を明らかにした。窒化アルミニウムの損傷形成に及ぼす核変換ガスの効果を調べるため、^<14>Nと^<15>Nを用いた試料について同条件で中性子照射した試料について、比較検討した結果、物理的な特性変化量の差異は小さいものの、その差の原因として^<14>Nと^<15>Nの拡散速度の影響があると考えられた。