機能材料としてのボイド/バブル格子の製造に関する研究

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ボイド/バブルは空孔型格子欠陥集合体であるため、これらが格子状に並ぶボイド/バブル格子を材料中に生成させるためには、はじき出し損傷と空孔型格子欠陥が自由に動ける温度が必要とである。本研究では中性子照射でボイド格子の生成が確認されているモリブデンを用い、ボイドの核生成を促進し、ボイド中にヘリウムガスを含むバブルを形成させるためにヘリウムイオン照射を行って、ボイド/バブル格子の形成条件を調査した。本研究における照射条件の特徴は、ヘリウムイオン注入に際してエネルギーディグレーダを用いて、表面から1μmから5μmの領域にヘリウムをほぼ均一に最高10000appmまで注入した点にある。このように高濃度のヘリウムをある幅を持った領域に均一に注入することにより、格子欠陥シンクとして働く表面の効果を抑えて、機能材料としての特性を調べやすい、バルクに近い状態で均一にボイド/バブルの形成を行うことを目指した。試料中への高濃度ヘリウム注入のために東北大学ダイナミトロン加速器を用い、この加速器からのイオンビームを用いて高温照射を行う装置を本研究費を用いて作製し600℃までの高温照射を行った。また室温でのヘリウム予注入(100および1000appm)後に、日本原子力研究所・高崎研究所のTIARA加速器による炭素イオン照射によるはじき出し損傷の付加を800℃と1000℃で行い、高温での重イオン照射によるボイド形成への影響を調べた。ヘリウムの添加量は最大10000appm(1at%)であったが、ダイナミトロン加速器による600℃までの照射ではバブルの形成が観察されなかった。一方、室温予注入後の高温照射では、800℃と1000℃でいずれもバブルが観察された。しかし格子状配列は本実験条件下では得られなかった。しかし、本研究において注入後の800℃照射において観察されたボイド組織は、中性子照射などで得られたモリブデンのボイド格子において得られたボイドサイズ、数密度に達しており、800℃以上でのさらに高濃度のヘリウムイオン照射(10000appm以上)によって格子状組織が得られる可能性を示唆しているものと考えられるという結論を得た。