2.PLASTIC REPLlCA OF FRACTURED SURFACE
大ん
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R LPLm
大ん
4.ELECTRON MICROSCOPY OBSERVATION
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図3-1 カーボンレプリカ法の概略
3.3.実験結果
図3・2(A)、 2(B)にそれぞれ未照射、 照射後ガラス試料のSEM観察結果を示す。 図3-2(A)の未照射ガラス試料中には小さな傷(flaw)や金属析出相の跡が観察された。 一方、
図3・2(B)の照射後ガラス試料中には半径0.15 ---0.35μm のバブルが生成されていることが 観察された。 約2∞個のバブルについてその半径を測定し、 平均半径を求めると0.23μm となり、 また平均バブル密度(ガラス単位体積当りのバブルの数)は1.0 X 1017 bubbles/m3
であった。
.，_.-!足13
照射線量'2.75川025 II -deじめ'1m�) ラスiuu;:!-(!1MJ粉、宜2.7戸
内1025 (l -dccay/rn3、 焼鈍400\ 3h
次に、照射後4∞℃で3時間焼鈍を行ったガラス試料のSEM観察結果を図3-2(C)示す。 照 射後焼鈍を行ったガラス試料中にもバブルが観察されたが、先ほどと同様に、約2∞個の バブルについて半径を測定すると、その平均半径は0.12μmとなり、照射直後のものより 小さい値となった。 また、平均バブル密度は照射直後のものとほぼ同じ値であった。 同様
にして求めたバブル平均半径と焼鈍時間の関係を図3-3に示す。 焼鈍時間と共にバブル平 均半径は小さくなることがわかった。
0.3
4000C
E ユ
.::: 0.2 o measured
ω コ
可伺‘3 ー
きS
m 3 0.10.0
。 2 4 6 8 10
Annealing time / hr
図3-3照射後焼鈍時間とバフール平均半径の関係 (照射線量2.75 x1c95α-deωy/m3、焼鈍温度4000C)
3.4.考察
3.4.1.照射後焼鈍時のバブルの挙動
照射後焼鈍時のバブルの挙動を、2章で示したトラップ、再固溶を考慮したヘリウム拡 散モデル (図2-14) (3・3)，(3・7)を用いて検討した。 このモデルを用いて、 照射後焼鈍時のガ
ラス固化体中のヘリウムの挙動は、次のような拡散方程式で表すことができる。
dC 一= _ DI一一
f
d2C+÷唱dC d2C -+一一l\
-g C+b Mdt \ dr2 1 dr dz2 I (3-1)
L.L.で、 C:ガラスマトリックス中のヘリウム濃度 t :焼鈍時間
M:ガラス単位体積中のトラップされたヘリウム原子数 r :試料の半径方向の位置
z :試料の高さ方向の位置 D:ヘリウムの拡散係数
g :トラップの速度定数 b:再固溶の速度定数
であり、 これは円柱状試料の場合の拡散方程式である。 また、 トラップされたヘリウム原 子数M�ま次の様に表される。
'D M σb C 加一以
(3-2)
また、 初期条件、 境界条件は次のようになる。
初期条件
q r， z， t)
=
( 1 -Y ) Co，
M(
r，
z， t)=
y Co ，境界条件
o � r <
a，0 �
Z<
L/2， t= 0
，o �
r<
a，0 �
Z<
L/2， t= 0 .
(3-4) (3-3)O�r<a，t三0，
(3-5) (3-6) (3-7)C( a，
z， t) = 0，
C( r， L/2，
t) = 0，
(れ。= 0，
(主L=o，
O壬z<
L/2，t三0，
o � z <
L/2，t
;?:0
，o �
r<
a， t ;?:0 ，
(3-8)、. 、. �ヲネ
'- '- 1.... 、 a:試料の半径
L:試料の高さ
Co :焼鈍前の試料中のヘリウム濃度
y:焼鈍前に既にトラップされているヘリウムの割合 また、 計算の簡略化のためにM(r，z，t)の平均値を次のように仮定する。
M(
t) =ぷCBffβf � r， z， t)合z
de上記の様な条件、仮定のもとに(3・1)、(3-2)式を数値解析(numerical me出od)により解き、
最終的に、ガラス単位体積中のトラップされたヘリウム原子数が焼鈍時間の関数M(t)とし て求められる。
次に、トラップされたヘリウム原子数とヘリウムバフ守ルの半径の関係について考える。
図2・15に示すように、ガラスマトリックス中に半径Rのヘリウムパブ、ルが存在する場合、
その平衡状態は次式で表される。
ここで、