Study on displacement damage in metals and other materials caused by the world's highest energy protons (440 GeV)

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世界中で単位面積あたりの陽子の数を多くした（大強度化）、数百GeVオーダーの超高エネルギーの陽子ビームを用いた素粒子物理施設の建設が計画されている。しかし、ビーム標的や構造材等の交換頻度などを決定する、材料の寿命評価に必要な照射孫総量の計算モデルの検証・改良に必要な、原子弾き出しの起こしやすさを表す「弾き出し断面積」測定データが全くない。そこで、これまで我々が開発した極低温照射装置を活用して、欧州原子核研究機構(CERN)において、440 GeV陽子照射による様々な金属などの弾き出し断面積を測定し、我々独自の照射損傷モデルを440 GeVの超高エネルギー領域に発展させるのが本研究の目的となる。令和4年度では、CERNの照射施設(HiRadMAT)の研究者等とリモート会議による月に一回の定期的な議論を行い、詳細な実験準備を進めた。実験準備としては、実験に用いる真空チェンバ―はCERNの別の研究者が所有するものを大幅な改造なしに使用できることを再確認した。ただし、試料冷却用の銅製のプレートが必要となることが判明したため、実験に用いる銅プレートについて詳細設計と製作を行った。また、試料の抵抗測定に必要な機器は、我々が所有するものをそのまま利用できることが判明したが、校正が必要であったためこれを実施した。さらに、CERNの研究者との議論により、実験に用いるケーブルや試料位置などに関する詳細な条件を検討した。また、実験における安全検討を行い、着実な準備を進める事ができた。ビームを用いた実験は、令和6年度(2024年4月以後）に実施予定となった。