The precipitation of solutes is a major cause of irradiation hardening and embrittlement limiting the service life of reactor pressure vessel (RPV) steels. Impurities play a significant role in the formation of precipitation in RPV materials. In this study, the effects of carbon on cluster formation and irradiation hardening were investigated in an RPV alloy Fe-1.35Mn-0.75Ni using C and Fe ions irradiation at 290 ℃. Nanoindentation results showed that C ion irradiation led to less hardening below 1.0 dpa, with hardening continuing to increase gradually at higher doses, while it was saturated under Fe ion irradiation. Atom probe tomography revealed a broad size distribution of Ni-Mn clusters under Fe ion irradiation, contrasting a narrower size distribution of small Ni-Mn clusters under C ion irradiation. Further analysis indicated the influence of carbon on the cluster formation, with solute-precipitated defects dominating under C ion irradiation but interstitial clusters dominating under Fe ion irradiation. Simulations suggested that carbon significantly affected solute nucleation, with defect clusters displaying smaller size and higher density as carbon concentration increased. The higher hardening at doses above 1.0 dpa was attributed to a substantial increase in the number density of defect clusters when carbon was present in the matrix.
We have employed X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) technique to examine the combined effects of low-energy electron (LEE) irradiation and $Fe^{3+}$ ion on DNA damage. pBR322 plasmid DNA extracted from E. coli ER2420 was used for preparing DNA-$Fe^{3+}$ sample. The C1s XPS spectra were scanned for LEE-irradiated and LEE-unirradiated samples and then curve-fitted. For the samples with LEE irradiation only or with Fe ion only, no significant changes from pure DNA samples were observed - a single effect of either $Fe^{3+}$ ion or LEE irradiation did not cause a significant damage. However, when these two components were combined, the DNA damage was increased quite significantly, compared to the sum of DNA damages caused by $Fe^{3+}$ ion and by LEE irradiation independently. This observation is consistent with our previous results [Radiat. Res. 177, 775 (2012)] which was done using gel-electrophoresis technique. Partial interpretation of the observed spectrum peaks was also attempted.
Pham, Duong;Jung, Soon-Gil;Tran, Duc H.;Park, Tuson;Kang, Won Nam
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제21권3호
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pp.18-21
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2019
We studied the effect of Fe ion irradiation on the upper critical field ($H_{c2}$) of 410 nm single-crystalline $MgB_2$ thin films. The irradiation energy was fixed at 140 keV when we increased the irradiation doses from $1{\times}10^{14}ion/cm^2$ to $4{\times}10^{14}ion/cm^2$. We found that $H_{c2}$ significantly increase with increasing irradiation dose, despite the low irradiation energy. The enhancement of $H_{c2}$ could be explained by the reduction of electron mean free path caused by defects induced from irradiation, leading to a decrease of coherence length (${\xi}$). We also discussed the effect of irradiation on temperature-dependent resistivity in details.
An irradiation hardening of Inconel 718 produced by selective laser melting (SLM) was studied based on the microstructural observation and mechanical behavior. Ion irradiation for emulating neutron irradiation has been proposed owing to advantages such as low radiation emission and short experimental periods. To prevent softening caused by the dissolution of γ' and γ" precipitates due to irradiation, only solution annealing (SA) was performed. SLM SA Inconel 718 specimen was ion irradiated to demonstrate the difference in microstructure and mechanical properties between the irradiated and non-irradiated specimens. After exposing specimens to Fe3+ ions irradiation up to 100 dpa (displacement per atom) at an ambient temperature, the hardness of irradiated specimens was measured by nano-indentation as a function of depth. The depth distribution profile of Fe3+ and dpa were calculated by the Monte Carlo SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter)-2013 code under the assumption of the displacement threshold energy of 40 eV. A transmission electron microscope was utilized to observe the formation of irradiation defects such as dislocation loops. This study reveals that the Frank partial dislocation loops induce irradiation hardening of SLM SA Inconel 718 specimens.
For present investigation Fe/MgO/Fe/Co multilayer stack is grown on Si substrate using e-beam evaporation in ultrahigh vacuum. This stack is irradiated perpendicularly by 120 MeV $Ag^{8+}$ at different fluences ranging from $1{\times}10^{11}$ to $1{\times}10^{13}ions/cm^2$ in high vacuum using 15UD Pelletron Accelerator at Inter University Accelerator Centre, New Delhi. Magnetic measurements carried out on pre and post irradiated stacks show significant changes in the shape of perpendicular hysteresis which is relevant with previous observation of re-orientation of magnetic moment along the direction of ion trajectory. However increase in plane squareness may be due to the modification of interface structure of stacks. X-ray reflectivity measurements show onset of interface roughness and interface mixing. X-ray diffraction measurements carried out using synchrotron radiation shows amorphous nature of MgO and Co layer in the stack. Peak corresponding body centered Fe [JCPDS-06-0696] is observed in X-ray diffraction pattern of pre and post irradiated stacks. Peak broadening shows granular nature of Fe layer. Estimated crystallite size is $22{\pm}1nm$ for pre-irradiated stack. Crystallite size first increases with irradiation then decreases. Structural quality of these stacks was further studied using transmission electron microscopic measurements. Thickness from these measurements are 54, 36, 23, 58 and 3 nm respectively for MgO, Fe, MgO, Fe+Co and Au layers in the stack. These measurements envisage poor crystallinity of different layers. Interfaces are not clear which indicate mixing at interface. With increase fluence mixing and diffusion was increased in the stack. X-ray absorption spectroscopic measurements carried out on these stacks show changes of Fe valence state after irradiation along with change of O(2p)-metal (3d) hybridized state. Valence state change predicts oxide formation at interface which causes enhanced in-plane magnetization.
Nanodiamond (ND) is composed of inner diamond core and outer graphite shell. The size of ND used in this study was about 5 nm. The ND solution was dropped on silicon substrate and dried in air. Dried ND sample was purified by using annealing method in air. Then, 40 keV Fe ion was irradiated into the sample. The dose was varied from $1{\times}10^{14}$ to $1{\times}10^{16}ions/cm^2$. The post annealing was performed at 1073 K in the vacuum to recover diamond structure. The annealing at 873 K in air was performed to remove the outer graphite shell. The structure of ND was confirmed by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. We will present the detailed data and results in the conference.
The mechanism of interaction between low energy ions and biological organisms has been paid much attention recently. In order to clarify the microstructural response to low energy ion irradiation embryonic cells of Paeonia rockii L. implanted by $Fe^{1+}$ ions with the energy of 80KeV were investigated by Optical Microscopy (OM), Scanning electron Microscopy(SEM) and Transmission Electron Microscopy(TEM). At the dose of 1$\times$1015 ions/$\textrm{cm}^2$, apparent cellular damage was observed in the outer several layers of the radicle. The shape of the cells was obviously deformed from regular polygon to irregular. The cell walls became obscure. SEM micrographs showed that the surface of the radicle was etched severely. It was observed by TEM that nucleus of the implanted cell was elongated and tended to fracture. Nuclear envelope lost its integrity. The implanted $Fe^{1+}$ ions were detected by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). These observations showed that low energy ions could damage to the plant organisms with the thickness of about 30~50$\mu\textrm{m}$. The possible reasons for radiation damage in the biological organisms were discussed.
The total ionizing dose (TID) and non ionizing energy loss (NIEL) effects of 100 MeV phosphorous ($P^{7+}$) and 80 MeV nitrogen ($N^{6+}$) ions on 200 GHz silicon-germanium heterojunction bipolar transistors (SiGe HBTs) were examined in the total dose range from 1 to 100 Mrad(Si). The in-situ I-V characteristics like Gummel characteristics, excess base current (${\Delta}I_B$), net oxide trapped charge ($N_{OX}$), current gain ($h_{FE}$), avalanche multiplication (M-1), neutral base recombination (NBR) and output characteristics ($I_C-V_{CE}$) were analysed before and after irradiation. The significant degradation in device parameters was observed after $100MeV\;P^{7+}$ and $80MeV\;N^{6+}$ ion irradiation. The $100MeV\;P^{7+}$ ions create more damage in the SiGe HBT structure and in turn degrade the electrical characteristics of SiGe HBTs more when compared to $80MeV\;N^{6+}$. The SiGe HBTs irradiated up to 100 Mrad of total dose were annealed from $50^{\circ}C$ to $400^{\circ}C$ in different steps for 30 min duration in order to study the recovery of electrical characteristics. The recovery factors (RFs) are employed to analyse the contribution of room temperature and isochronal annealing in total recovery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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