夜夜街工学2013結晶浴手と撮動火傷火官後山中性子照射による影響Neutron Irradiation微構造変化照射欠陥構造点欠陥(格子間原子，空孔)クラスター，転位ループ，積層欠陥，ボイド，バブル，粒界クラック互視的物性変化・スエリング・熱伝導率・機械的強度・絶縁性・耐酸化性etc · ·
入射粒子がある格子原子をはじき飛ばすと、その原子はPrimary Knock-on Atom (PKA)となり、この原子がまた別の格子原子をはじき飛ばす。エネルギーが高いうちは弾き出しの確率は低いが、電子励起により徐々にエネルギーを失い、速度が落ちてくると弾き出しの断面積が増加するため、次々と弾き出しを起こして止まる。この終端付近の連続して弾き出しが起こる領域を照射力スケードと呼び、瞬間的にその領域にエネルギーが解放されるため超高温状態となり、局所的な溶解状態となる。
入射前000000000 0000000000 o o 000000000 000000000 000000000 000000000 0000000000 o o o oカスケード中での再配列に伴う欠陥の消滅o o o o 000000000 000000000 000000000 000000000 000000000 0000000000 000000000 0000000000カスケードの生成0000000000 o o o o 000000000 000000000 000000000 000000000 0000000000 0000000000 ００００００００カスケードが生成される位置は全くランダムであり、その中に元々存在していた欠陥量は照射領域中の欠陥濃度とカスケードのサイズによって決定される欠陥生存率に従った新たな欠陥の導入００００００００ 0000000000 000000000 000000000 000000000 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο 0000000000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ o o ○正常な構造○欠陥構造カスケードの中では完全に原子の再配列が起こるため、元々欠陥であったかどうかの履歴はリセットされ、新たに力スケードサイズと欠陥生存率に従った欠陥が導入される照射カスケード(2)はじき出された原子は四方八方に飛び去るが、空孔は取り残されるため、カスケードが冷えた後も、中心部は空孔過多となっており、その周辺部は格子間原子過多となるため、完全には回復しない。単純なフレンケル対の導入だけの等方的、均質的な欠陥導入形態とは異なる不均一な欠陥が照射温度に依らず生成される。
中性子照射透過力の高いE>0.1MeVの高速中性子により試料全体に均質に欠陥が導入される。 Primary Knock-on Atom (PKA)をはじき出した後は狭い領域に欠陥が集中し、カスケードを形成する。イオンビーム照射電子励起によりエネルギーを失っていき、ブラッグピーク付近に集中的に欠陥が導入される。 PKAをはじき出した後の挙動は中性子照射と似ていて、カスケードを形成する。電子線照射30MeVの電子線は、セラミックス中でおよそ10cm程度の飛程を持つが、平均PKAエネルギーは225eVにとどまるため損傷関数は3.75個となり、フレンケル対などの点欠陥のみが導入されると考えられる。久陥成長 
金属の場合空孔型転位ループもあり得る。
カスケード上書きによるリセット格子間原子との再結合格子間原子の方が移動してきての再結合格子間型転位ループと結合して消滅空孔✔バイアス効果他の空孔と接近してボイド形成、成長転位ループからの離脱空孔との再結合
温度により決まる一定の点欠陥濃度で安定格子間原子一空孔の対消滅と格子間原子を吸収して転位ループを形成する,久孔空孔同士が集合し空。
対やボイドを形成す
α -Al₂O₃, AlNとβ -Si3N4,  β -SiCとの間で明らかな差があるCMIR-4及びCMIR-5 T6x棒状試料の照射後スエリング測定結果
β -Si3N4の(001)面。最密面：{100}面β -SiCの(110)面。最密面: {111}面AlNの(110)面。最密面: (001)面
c-axis α -Al₂O₃, AlN中での転位ループのパイルアップモデルβ -Si3N4, β -SiC中でのナノパーティション構造AINの照射条件によるスエリングの変化はっきりとした温度依存性を示さない照射量の増加と共にスエリングが増加。この照射量でも飽和は見られないß -Si3N4の照射条件によるスエリングの変化照射量によるスエリング量の違い同程度の照射量で比較高温照射の方がスエリングは小さい同程度の照射温度の試料で比較4 × 10²6 n/m²程度で飽和する照射温度によるスエリング量の違い
未照射ではそれほど他の材料と比べて高い値を示していたわけではないβ −Si 3 N 4が中性子照射後に於いては比較的高い値を保持していた。 0.070 0.060 0¯ 4 m² 0.050 0.040 Diffusivity 0.030 0.020 0.010 0.000
α -Al 203
β -Si3N4
AIN
β -SiC

α -Al 203 β -Si3N4 ○：高照射量の試料●:低照射量の試料括弧内は照射量(10²6 n/m²) AIN
β -SiC

✦空孔量は変化しない
格子間原子の移動→ループは成長出来ない(ナノパーティション)空孔と再結合T51, T61照射条件2.8 × 10²6n/m², 502°C空孔の移動と核変換生成ガスによるバブルの生成（ループとの再結合はしない）残存する格子間原子,微小な転位ループとの空孔の再結合？
尖頭電流〜500mA,パルス幅0.1〜4 μ s,繰り返し周波数〜100Hzでの照射により、平均電流130 μ A以上での照射が可能である･ほぼ点欠陥のみを導入･5cm程度の飛程があり均一に欠陥導入が可能･照射量は～0.02dpa程度(一週間で) •照射ホルダーの工夫で様々な照射温度で照射が可能•30MeV運転では中性子が発生（10MeV運転をテスト中） •照射計画→照射→測定が短いスパンで実施可能
照射試料一枚でも、未照射試料と
組合わせることで一定の評価は可前中性子照射後試料は、φ 3 × 0.5mmの微小試料であり、各条件に付き1枚のみ提供されているため、試料治具等の開発と、特注の密封線源を用いることにより測定を可能とした。電子線照射後試料についても、φ × 0.5mmの試料は複数枚の照射が容易であるが、φ10の試料は照射スペースの関係であまり多数の試料を照射できない。また中性子照射後試料と条件を合わせる意味で、一枚を照射試料、もう一枚を未照射試料として陽電子線源を挟んで寿命測定を行った。塾拡散率測定ULVAC Techno. TC−7000H /特型レーザーフラッシュ法による測定→ t1/2法での解析
AIN
PAL: 400℃から直線的に回復し、1100℃でほぼ未照射での値まで回復した。熱拡散率: 400℃から直線的に回復し、1100℃でほぼ未照射での値まで回復した。相関:非常に良い直線的な相関を示した。 Electron Irradiated Neutron Irradiated
PAL:照射により僅かながら減少し、アニールに伴い600℃を境にほぼ元の値に回復した。熱拡散率:  400℃程度から回復が始まり、概ね直線的に回復した後に1100℃でほぼ未照射の値にまで回復した。相関:陽電子寿命変化が少ないため明確ではないが、他の材料とは逆の傾きを示した。 Electron Irradiated Neutron Irradiated

α -ΑΙ,Ο,
電子線照射: 500℃程度から直線的に回復が始まり、1100℃でほぼ完全に回復した。中性子照射: 700-800℃から直線的に回復する。 AIN電子線照射: 400℃から直線的に回復し、1100℃でほぼ未照射での値まで回復した。中性子照射: 1100℃からアニール温度の二乗に従って回復する。
ß -Si3N4
電子線照射:  400℃程度から概ね直線的に回復し、1100℃でほぼ未照射の値にまで回復した。中性子照射:照射温度よりも低い400℃程度から直線的に若干の熱拡散率の回復を示し、1000℃以降アニール温度の二乗に従って回復するß -SiC電子線照射: 400℃付近から徐々に回復が始まり、900℃程度から急速に回復した。中性子照射:照射温度よりも低い400℃付近から徐々に回復が始まり、1000℃程度からアニール温度の二乗に従って急速に回復。〇中性子照射では照射温度にかかわらず比較的高い温度から急速に回復した（室孔の移動と転位ループの消滅）〇電子線照射では格子間原子移動温度程度から直線的に回復した中性子照射後試料にはほとんど格子間原子が存在しない〇中性子照射でも照射温度よりも低い格子間原子移動温度程度から若干の回復を示した○電子線照射では格子間原子移動温度程度から直線的に回復した中性子照射後試料にも若干格子間原子が存在する
極低温で照射した純銅の電気抵抗の照射後回復挙動
石野栞｢照射欠陥｣第7章より
Stage I A ~Ic: V-I近接対の再結合Stage ID: Iの移動による対になっていたVとの再結合(相関再結合) Stage IE: Iの移動によるVとの非相関再結合Stage II: Iのクラスターの形成Stage III: Vの移動によるIクラスターとの消滅Stage IV: Vクラスターの形成Stage V: Ｖクラスターの分解によるVの放出と放出されたVのIクラスターとの消滅熱伝導率（熱拡散率）は核融合炉第一壁,ブランケット,ダイバーダーや高温ガス炉の燃料被覆材など原子力分野でセラミックスを用いる上で，最も重要なパラメーターの一つであるが、照射により欠陥が導入されるとフォノン-格子散乱の増加によりフォノン伝導が阻害され，著しい熱拡散率の低下が報告されている。ダイバーター表面温度予測~15000°C中性子照射後SiC: 7 W/m・K到底耐えられない!
・金属と異なり、フォノンによる熱輸送が支配的•未照射試料では粒径や焼結助剤による粒界の組成などで大きく変化材料によりほぼ定で照射により変化しない数拡散率α = 1/3・μ・λ μ :フォノンの平均速度[m/s] λ :フォノンの平均自由行程[m]照射試料ではフォノンの平均自由行程が極端に短くなるためほとんど影響しないフォノン−フォノン散乱温度上昇と共にk/T"に従って低下していくフォノン-格子散乱照射欠陥，特に空孔の導入密度に従って増加する様々な散乱機構(フォノン–フォノン散乱,粒界などによる散乱,照射により導入された点欠陥や転位による散乱など)に対するそれぞれの散乱の自由行程をλ。λ ь , λ。･･･とすると,それらの機構全てが寄与する全体としてのフォノンの平均自由行程λは1/ λ = 1/ λ , + 1/ λ , + 1/ λ , ・・・と表される。照射フルエンス・照射温度の違いにより、欠陥導入密度が変化する
前提条件照射量の増加に伴う熱拡散率の低下は3× 10²6n/m²程度で飽和して一定であるN照射温度以下では欠陥導入密度は変化しないH照射直後の試料は照射中と同じ欠陥濃度を保つ4照射温度は一定である・熱拡散率の測定温度依存性を測定する。 ・得られた熱拡散率測定データをα=k/Tʰ式でフィッティングを行う。 ・それぞれの試料に対するフィッティングパラメーター k, nを用いて照射温度7 …における熱拡散率を求める。各試料の照明温度での照射後熱拡散率は時の熱拡散率に等しい中性子照射後試料の高温での熱拡散率変化H照射直後の試料は照射中と同じ欠陥濃度を保つTransientな欠陥の影響は本当に無いのか?本来の目的中性子照射時熱拡散率測定実際の測定可能イオンビーム照射時陽電子消滅測定中性子照射イオンビーム照射異なる点:バルク全体への欠陥分布→ ×熱拡散率測定似ている点:局所的な欠陥導入形態→ ○陽電子消滅測熱拡散率測定陽電子消滅測定熱拡散率測定と陽電子消滅法による測定が評価する事の出来る欠陥構造→主に空孔と、その集合体で共通する部分が多いこれまでその相関はほとんど研究されていない
･試料が一枚だけであり、二枚の試料で陽電子線源を挟み込む従来法（アーケ同時係数法）での測定が出来ない・試料に入射する陽電子は連続エネルギースペクトルを持ち、試料中で徐々に減速されるのに対して、単色のイオンビームは深さ方向非常に狭い範囲に集中して欠陥を導入する。照射後試料イオン照射(単色) β +崩壊で放出された陽電子は白色のエネルギー分布を持つ均一に欠陥導入ブラッグピーク付近に集中して欠陥導入入射エネルギーに応じて到達距離が異なる本来単色のイオンビームのエネルギースペクトルを分散させるため、厚さの異なる多数の金属膜を張った円筒を回転させる、モデレーターを試料上流に組み込んだ。イオン照射厚さの異なる多数の薄膜を次々ビームに通すことで多段階に速を行い、ブラッグピークの位菅を分散させる。アバランシェフォトダイオード(APD)を用いた
 β − γ同時係数法による陽電子寿命測定•厚さ100 μ m程度のAPDとGe-68密封線源を使用することにより、APDを透過してStart信号を発した後に試料に入射するため、陽電子線源と試料を離して設置することが出来る・試料一枚のみでの測定が可能である•APD出力電圧が入射陽電子エネルギーと相関があるため、ある程度陽電子が消滅する深さをコントロールできる。 Julti Channe Analog to Digital Converter Positron Annihilation Lifetime / ns中性子照射試料の熱拡散率の測定温度依存性(AIN)中性子照射試料の熱拡散率の測定温度依存性（β −Si3N4）中性子照射試料の照射温度における熱拡散率の照射温度依存性(AIN )中性子照射試料の照射温度における熱拡散率の照射温度依存性( β −Si 3 N 4 )