Effect of pulse irradiation of charged particles on the evolution of damage structures

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原子力材料の照射損傷の研究には、加速器による荷電粒子を用いた、模擬照射実験が広く行われている。高エネルギーの高周波加速器では、多くの場合ON/OFFを繰り返すパルスビームが照射される。パルスビーム照射と連続ビーム照射では材料の損傷蓄積過程が異なり、解明すべき重要な課題である。本研究は反応速度論に基づき、照射欠陥の形成・成長を微分方程式にして数値解を求めるシミュレーションと、京都大学複合原子力科学研究所の電子線型加速器と、法政大学イオンビーム工学研究所のタンデム加速器を用いたパルス照射実験により、金属の照射損傷構造に及ぼすパルスビームの持続時間や周期の影響を実証し、機構を解明する。照射後特性試験としては、透過電子顕微鏡観察と陽電子消滅寿命測定により、シミュレーション結果と比較検討できるデータ（ボイドと格子間原子型転位ループの密度とサイズ）を取得する。令和4年は、令和5年度からの計算機シミュレーションと、電子照射とイオン照射実験の準備を行った。京都大学ではワークステーションを設置した。反応速度論に基づく格子間原子型転位ループとボイドの成長をシミュレートする基本的ソフトを制作した。パルス照射は、パルスを表す矩形波をフーリエ級数として取り入れた。実験用試料としてニッケルと鉄の電子顕微鏡観察用と陽電子消滅分光法用を作製した。電子照射中の照射温度が制御できる照射ターゲットを製作した。試料温度が300℃でも±2℃の変動で電子照射中も制御できることを確認できた。イオン照射実験準備としては、本研究が必要とするパルス照射を行う準備を行った、タンデム加速器により、カーボンターゲットとシリコン基板を用いた照射実験を行い、必要なパルス照射実験ができることを確認した。照射損傷に必要な情報を得るために2つの学会に参加して情報収集と本研究の妥当性について討論を行った。