【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0010
利用課題名 / Title
金属材料の照射損傷組織の発達過程のモデリング
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
照射損傷,電子顕微鏡/ Electronic microscope
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
佐藤 裕樹
所属名 / Affiliation
広島工業大学 工学部 知能機械工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
阿部陽介
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大久保賢二,谷岡隆志
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,共同研究/Joint Research
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
超高圧電子顕微鏡を用いた電子照射下その場観察により，鉄と銅に形成される格子間原子集合体の一次元(1D)運動過程を調査するとともに，1D運動が集合体の形成と成長に与える影響を明らかにすることを目的としている. 昨年度に引き続き，銅の格子間原子集合体の一次元(1D)に対する溶質原子の影響を調査した.
実験 / Experimental
公称純度6Nの銅に溶質ゲルマニウム原子(原子サイズ因子 +27.77%) を100, 300, 1000, 3000 appm添加した4種類の合金をアーク溶解により作製した．これら合金から次の2つの方法で照射用試料を作製した．1) インゴットから切り出した小片を圧延して厚さ約0.1 mmのシートとし，そこから3 mmφディスクを打ち抜き，ひずみ取り焼鈍(950℃,1時間)を施した『標準(STD)試料』．2) インゴットから切り出した数ミリ角の小片に焼鈍(950℃,1時間)を行なったのち，放電加工と電解研磨により厚さ約0.1 mmのシートを作製し，そこから打ち抜いた3 mmφの『バルク熱処理(BA)試料』．それぞれ電解研磨を行なって透過電子顕微鏡用薄膜試料とした．
超高圧電子顕微鏡（北海道大学JEM-ARM1300）を用いて加速電圧1250kVで電子照射を行い，導入される格子間原子集合体の形成，成長と一次元(1D)運動をその場観察し，観察窓を通して外部カメラで動画として記録した．照射温度は室温(300 K)，照射強度は0.007 dpa/sとした．撮影した動画から，１D運動距離や１D運動頻度（集合体１個あたり単位時間あたりの１D運動の平均回数）などを測定した．
結果と考察 / Results and Discussion
すべての試料に電子照射開始直後から格子間原子集合体が形成された．それらは電子照射下で通常静止していたが，瞬発的にその位置が移動する『一次元 (1D) 運動』が不規則に生ずるのが観察された．
図に示すように，ゲルマニウムを100 または300appm添加した合金のBA試料では，１D運動距離分布にリファレンス（純銅のBA試料）のそれとの差異は見られない．添加濃度を1000appmに増加すると１D運動距離の分布が短くなり， 3000appmではさらに短い側にシフトしている．また，STD試料でも同様に1000 appm以上の添加で１D運動距離の分布が短くなる効果がみられる．
これまでの実験から，純銅に標準熱処理(厚さ約0.1 mmの試料の熱処理)を行うと格子間集合体の形成促進と成長抑制，１D運動の抑制が生じることがわかっている．一方でバルク熱処理(数ミリ角のブロック試料の熱処理)では著しい影響はみられなかった．純銅の格子間原子集合体に観察される間歇的な１D運動は，入手した材料に最初から含まれる残留不純物や熱処理によって導入される素性不明の不純物にトラップされているためと解釈される．
またこれまでに銅−スズ合金にも同様の実験を行い，BA試料では溶質スズ原子を100appm添加すると１D運動距離が短くなる効果が観察されている．したがってスズ原子はゲルマニウム原子より低濃度で格子間原子集合体をトラップする効果を持つことがわかる．さらに同じ溶質原子濃度で銅−スズ合金と銅−ゲルマニウム合金の１D運動距離分布を比較すると，銅−スズ合金の方が短かった．ゲルマニウム原子に比べてスズ原子が高いトラップ効果を持つ理由の一つとして，原子サイズ因子の差が考えられる（溶質スズ原子のサイズ因子は+83.40%）．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
超高圧電子顕微鏡を用いて電子照射した銅-ゲルマニウム合金に観察された格子間原子集合体 の1D運動距離の分布をゲルマニウム濃度と試料作製方法(BA:バルク熱処理，STD:標準熱処理)で比較したもの.照射温度は室温(300 K)，照射強度は0.007 dpa/s.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本実験を遂行するにあたり，北海道大学超高圧電子顕微鏡室の大久保 賢二氏，谷岡 隆志 氏をはじめとするスタッフの皆様の支援を受けました．この場を借りて御礼申し上げます.
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 藤木 顕之伸, 元木 雄大, 弓張 泰生, "Cuの格子間原子集合体の一次元運動に対する溶質Si,Ge,Sn原子の効果", 広島工業大学卒業論文, 2025年2月6日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件