TIARAサイクロトロンにおけるマイクロビーム形成・シングルイオンヒット技術の開発

Development of microbeam formation and single-ion hit technologies at the TIARA cyclotron

横田 渉; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 小林 泰彦; 小野田 忍; 牧野 高紘

Yokota, Wataru; Sato, Takahiro; Kamiya, Tomihiro; Okumura, Susumu; Kurashima, Satoshi; Miyawaki, Nobumasa; Kashiwagi, Hirotsugu; Yoshida, Kenichi; Funayama, Tomoo; Sakashita, Tetsuya; Yokota, Yuichiro; Kobayashi, Yasuhiko; Onoda, Shinobu; Makino, Takahiro

日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)では、イオンビームを利用する主要な研究課題である生物細胞放射線影響評価研究と宇宙用半導体耐放射線性評価研究を推進するため、TIARAのサイクロトロンで加速した数百MeV重イオンビームを磁気レンズで集束させて直径1m以下のマイクロビームに形成する技術を世界で初めて実現した。更に、これを用いて1個のイオンをビーム径の空間精度で照準するシングルイオンヒットを可能にした。この過程で、TIARAの静電加速器で完成した数MeVイオンのマイクロビーム形成・シングルイオンヒット技術を活かしたビーム集束装置、ビーム照準・計測技術や、1mへの集束に必要なエネルギー幅の狭い数百MeV重イオンビームを加速するためのサイクロトロンに特有な技術を開発した。また、開発途中に利用研究の実験に試用することにより、本技術の適用性を適宜評価しその改良を行うことで、利用研究の試用実験を軌道に乗せることができた。本報告書は、およそ10年に亘るこれらの技術・装置開発の過程及び成果を、試用実験における評価とともにまとめたものである。

The world's first microbeam focusing technology for heavy ions of hundreds MeV accelerated by a cyclotron has been developed at the TIARA facility in the Takasaki Advanced Radiation Research Institute of the Japan Atomic Energy Agency. The technology enables us to form a microbeam of less than 1 m in diameter and to shoot a specified point on a target by one ion (single-ion hit) with spatial accuracy of microbeam size. In the course of the development, a cyclotron technology to accelerate a small energy-spread beam of hundres MeV, which is necessary for focusing to 1 m, has been developed as well as a beam focusing apparatus, beam size measurement and so forth based on the several-MeV microbeam/single-ion hit system of the TIARA electrostatic accelerators. Applicability of the technologies was examined by actual use in irradiation experiment and the result were fed back to them. This paper reports the process and the results of the development over ten years.