| HIT | 東京大学大学院工学系研究科原子力専攻 |
| 重照射研究設備 |
重照射研究設備では放射線照射場*を積極的に活用し、極限環境で使用可能な新しい材料を創製する研究を行っています。 原子炉で使われている燃料や材料の劣化現象は、工学的な見地から見ても、 また明日のエネルギーの安定供給という観点から見ても非常に重要ですので、 この点に重点をおいています。
*材料が放射線にさらされる環境（放射線照射場）では、 材料中には放射線の種類に応じて様々な欠陥が形成されます。 これらの欠陥は原子炉や宇宙船の材料が劣化するという事象を引き起こしますが、 一方でこの特異な環境を活用して新しい材料を開発する試みが広がりつつあります。
重照射研究設備での研究内容を、まず簡単にキーワードとテーマで整理して紹介します。
キーワードで整理！
| 対象材料 | 金属、セラミックス、フラーレンやカーボンナノチューブ | |
| 実験環境 | 放射線、高温高圧 | |
| 実験ツール | 形態観察 | 電子顕微鏡（SEM、TEM）、走査プローブ顕微鏡（AFM、STM） |
| 構造解析 | Ｘ線回折、ポジトロン分光 | |
| 化学分析 | 吸光分光、顕微ラマン分光、顕微赤外分光 | |
| 熱分析 | 熱重量測定、示差熱分析 | |
| 照射装置 | イオン加速器（バンデグラフ、タンデム）、γ線照射装置 | |
| 超微粒子創生 | レーザーアブレーション装置 | |
| 計算科学 | 分子動力学など | |
研究テーマで整理！
| 可動格子欠陥のその場観察 | 加速器結合型電子顕微鏡を用いた照射欠陥に関する基礎研究 |
| フラーレンの照射効果と原子閉じ込め | フラーレン分子の欠陥形成と回復挙動、その工学的応用 |
| フラーレン・ナノウィスカーの合成と応用 | フラーレンのひげ結晶の合成とそのメカニズム解明、そのデバイス応用 |
| 放射線誘起表面活性効果(RISA効果) | 原子炉実用材の表面酸化膜が引き起こす光触媒類似現象のメカニズム解明 |
| 核燃料の照射下挙動 | UO2やCeO2などの蛍石型結晶の照射効果とそのメカニズムの解明、および工学的応用 |
| 原子炉材料の健全性評価研究 | 構造材料や被覆管材料の照射効果の解明 |
| ポジトロン科学 | ナノ構造の欠陥検出技術の開発と格子欠陥基礎研究 |
それぞれの研究テーマの概要をやや詳しく紹介します。
I.軽水炉、新型炉、核融合炉の構造材料や燃料の照射効果に関する研究
イオン照射や中性子照射で特徴的な原子の局所的はじき出し現象(カスケード)およびそれに起因した欠陥クラスタのその場観察実験技術を高度化し、また金属中の整合析出物を利用した欠陥検出技術を開発し、FCC金属中の短寿命かつ可動な欠陥クラスタを発見し、その効果を明らかにした。
［代表論文］
H. Abe, N. Sekimura, Y. Yang; Journal of Nuclear Materials 323 (2003) 220–228; Stability and mobility of defect clusters in copper under displacement cascade conditions.
Z.C. Li, H. Abe and N. Sekimura, Journal of Nuclear Materials 362 (2007) 87-92, Detection of point defects upon ion irradiation by means of precipitate coherency.
原子炉圧力容器鋼の経年劣化現象は鉄中の銅、マンガン、ニッケル、珪素などの電子顕微鏡では不可視な微小析出物に因るとされている。その解明のために材料中の原子レベルの欠陥を高感度に検出可能なポジトロンビーム装置を開発し、イオン照射した鉄合金中の照射欠陥挙動を明らかにした。
［代表論文］
T. Iwai and H. Tsuchida, Nuclear Instruments and Methods B, 285 (2012) 18-23, In situ positron beam Doppler broadening measurement of ion-irradiated metals - Current status and potential.
T. Iwai, Y. Ito and M. Koshimizu, Journal of Nuclear Materials 329-333 (2004) 963-966, Vacancy-type defect production in iron under ion beam irradiation investigated with positron beam Doppler broadening technique.
II.放射線誘起表面活性効果による高性能原子炉技術の開発に関する研究
酸化物皮膜を有する金属へのγ線照射により表面が親水化しまた腐食特性も向上する現象（放射線誘起表面活性）を見出した。そして走査プローブ顕微鏡法、分光学手法および水滴接触角測定と理論的考察といった手法を複合し濡れ性支配因子を明らかにした。また純物質の立方晶ZrO2を合成しその結晶構造を解明した。
［代表論文］
仮屋崎誠、阿部弘亨、佐谷野顕生、鹿野文寿、片野吉男、鬼塚貴志、関村直人；日本金属学会誌71 (2007) 423-426；表面酸化させたジルカロイの放射線誘起表面活性現象
III.放射線を利用した炭素系新素材の合成に関する研究
フラーレンは、特有の大きな表面と空隙を有し、様々な原子や分子の吸着材料として期待される。放射性元素の包埋と安定性に関する知見を得ることを目的とし、電子線ないしγ線照射によるフラーレン分子中の欠陥を顕微ラマン分光法によって性状同定した。
〔代表論文〕
坂口直史、阿部弘亨、片野吉男、鬼塚貴志、関村直人：日本金属学会誌71 (2007) 218-222；放射線照射下におけるC60分子の欠陥導入過程
IV.微粒子加速技術と宇宙塵（ダスト）検出器の開発に関する研究
宇宙空間には原子数個から数十億個からなるダストが多数存在することが知られているが、その密度や分布、エネルギーなどは太陽系や宇宙の起源を知るための重要な情報である。それらをリアルタイムで計測するため、日欧共同で開発し2013年に打ち上げ予定の水星探査機BepiColomboに搭載する圧電素子型宇宙塵検出器の開発を行っている。
［代表論文］
Nogami, K. ; Fujii, M.; Ohashi, H.; Miyachi, T.; Sasaki, S.; Hasegawa, S.; Yano, H.; Shibata, H.; Iwai, T.; Minami, S.; Takechi, S.; Grün, E.; Srama, R., Planetary and Space Science, 58 (2010) 108-115, Development of the Mercury dust monitor (MDM) onboard the BepiColombo mission.