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奥村 進; 宮脇 信正; 倉島 俊; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 石堀 郁夫; 上松 敬; 奈良 孝幸; 中村 義輝
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.352 - 354, 2006/01
現在進行中である数百MeV級重イオンマイクロビーム形成の技術開発では、細胞内局部照射に必要な1
mの照準位置精度を達成するため、4連四重極レンズを用いたビーム集束方式によるサブミクロンビーム形成を目指しており、サイクロトロンで加速されたビームのエネルギー幅
E/E(エネルギーのばらつきの割合)を従来の0.1%から0.02%に向上させる必要がある。このため、フラットトップ加速等の高度なビーム加速制御技術の開発を進め、ビームエネルギーの揃った、きれいなビーム引出(シングルターン引出)が可能となった。そこで、引き出したビームのエネルギー幅を計測するために、マイクロスリットと分析電磁石を用いたビームエネルギー幅計測システムをサイクロトロンの基幹ラインに構築した。ギャップ0.1mmのマイクロスリットを用いて、エネルギー分解能E/E=0.01%での高精度ビームエネルギー幅計測テストを実施した。
倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 奈良 孝幸; 上松 敬; 中村 義輝
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.349 - 351, 2006/01
原研AVFサイクロトロンでは、高エネルギーイオンビームの生物への照射効果や宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究をより微細な領域で行うために、集束方式のマイクロビーム形成技術によりビームスポット径及び照準位置精度1ミクロンを目指して研究開発を行っている。サイクロトロンによって加速されたビームをスポット径1ミクロンに集束させるためには、四重極レンズでの色収差の影響を考慮する、ビームのエネルギー幅を0.02%以下にする必要がある。そこで、エネルギー幅を最小化するために、加速電圧波形を最適化してビームのエネルギー利得を均一化するフラットトップ加速技術の開発を行っている。フラットトップ加速を実現するためには、一つのビームバンチを一度に取り出すシングルターン取り出しが必要条件である。シングルターン取り出しを簡便に確認するために高分解能デフレクタプローブを開発し、ネオン260MeVのビーム開発を行った結果、従来に比べて短時間でシングルターン取り出しが可能になった。また、高エネルギーのプロトンビームのフラットトップ加速も行い、従来に比べて高い引き出し効率が得られ、放射化を低減できることがわかった。
奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 福田 光宏; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 中村 義輝; et al.
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, P. 370, 2006/01
原研AVFサイクロトロン装置は1991年のファーストビーム引き出し以来順調な運転が継続されている。利用運転開始から本年まで、また月ごとの運転実績を発表する。また、2004年度に利用されたイオン種の割合,新しく加速可能になったイオン種,整備状況も併せて報告する。
奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 中村 義輝; et al.
Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.745 - 747, 2005/07
原研AVFサイクロトロンでは、マイクロビーム形成を目指して、フラットトップ加速システムを始めとする技術開発を行っている。これらの技術開発においては、サイクロトロン電磁石の磁場安定性が重要となっている。通常のマルチターン引出に対しては十分な磁場安定度を達成したが、シングルターン引出ではより高安定磁場が必要となっている。本発表では、鉄心温度定温化など、サイクロトロン電磁石の磁場高安定化についての現状と今後の課題について報告する。
倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 奈良 孝幸; 上松 敬; 中村 義輝
Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.717 - 719, 2005/07
原研サイクロトロンでは、バイスタンダー効果やアポトーシスなどイオンビームの生物影響や宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究をより微細な領域で行うために、集束方式のマイクロビーム形成技術によりビームスポット径及び照準位置精度1ミクロンを目指して研究開発を行っている。サイクロトロンによって加速されたビームをスポット径1ミクロンに集束させるためには、四重極レンズでの色収差の影響を考慮すると、ビームのエネルギー幅を0.02%以下にする必要がある。しかし、サイクロトロンから引き出されるビームのエネルギー幅は、一般的に0.1%程度である。そこで、エネルギー幅を最小化するために、加速電圧波形を最適化してビームのエネルギー利得を均一化するフラットトップ加速技術の開発を行っている。フラットトップ加速を実現するためには、一つのビームバンチを一度に取り出すシングルターン取り出しが必要条件である。シングルターン取り出しを簡便に確認するために高分解能デフレクタプローブを開発し、ビーム開発を行った結果、従来に比べて短時間でシングルターン取り出しが可能になった。
奥村 進; 宮脇 信正; 倉島 俊; 吉田 健一; 福田 光宏; 石堀 郁夫; 上松 敬; 奈良 孝幸; 中村 義輝; 荒川 和夫
Proceedings of 17th International Conference on Cyclotrons and Their Applications (CYCLOTRONS 2004), p.410 - 412, 2005/00
原研AVFサイクロトロンで加速したビームのエネルギー幅をエネルギー分解能dE/E=0.001%で計測する機器の開発を行った。今回開発したのは、最小設定幅が0.01mmまで可能な3組のビームスリット及びビーム強度モニタで、既設偏向電磁石と組合せることで、高い分解能を達成する。偏向電磁石のオブジェクト及びイメージ位置の既設ビーム診断用チェンバーに設置するために、コンパクトな設計となっており、その実装を完了し、予備テストを実施した。この計測システムを用いてビームエネルギー幅計測を行い、マイクロビーム形成に必要なdE/E=0.02%のビームエネルギー幅をフラットトップ加速によるビームエネルギー幅縮小化で達成することを目指す。
中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 福田 光宏; 奥村 進; 横田 渉; 吉田 健一; 宮脇 信正; et al.
Proceedings of 17th International Conference on Cyclotrons and Their Applications (CYCLOTRONS 2004), p.157 - 159, 2005/00
原研高崎のAVFサイクロトロン装置は、1991年以来13年間にわたり順調に運転されている。この装置は、運転条件の頻繁な変更により、さまざまなイオン種を提供している。マイクロビーム形成に必要な0.02%のエネルギー幅の重イオンビームを生成するため、われわれはフラットトップ加速システムや鋸歯状波型ビームバンチャーの開発,中心領域の改造等を行っている。また、受動型のグラジエントコレクターは、サイクロトロンからのビーム引き出し軌道と、基幹ビーム輸送ラインとの完全な整合を計るため、内側に励磁コイルを収納した新型に置換された。可動型の永久磁石で構成されたコンパクトなイオン源は、おもに軽イオンを生成するために設計されたが、これは将来既設のマルチカスプイオン源と置換される予定である。
倉島 俊; 福田 光宏; 宮脇 信正; 奥村 進; 吉田 健一; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 荒川 和夫; 中村 義輝
Proceedings of 17th International Conference on Cyclotrons and Their Applications (CYCLOTRONS 2004), p.362 - 364, 2005/00
原研AVFサイクロトロンでは、集束方式によるマイクロビーム形成技術により1ミクロンのビーム径を達成することを目標とし、必要とされるビームのエネルギー幅dE/E=0.02%以下を達成するためにフラットトップ加速システムの開発を行っている。これまでに、第5高調波を発生するための共振器の設計・製作を行い、17.475MHzにおいて基本波と第5高調波の同時励振に成功している。フラットトップ加速システム開発のほかに、中心領域の改造,サイクロトロン磁場・加速電場の高安定化などさまざまな技術開発を行った。260MeVネオンビームについてフラットトップ加速実験を行い、大型のAVFサイクロトロンでは困難とされていたシングルターン引き出しに成功した。
奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 福田 光宏; 奥村 進; 宮脇 信正; 中村 義輝; 赤岩 勝弘*; et al.
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.209 - 211, 2004/08
原研AVFサイクロトロン装置は、これまで13年間以上にわたって安定な運転が継続されており、広範な研究分野に多種多様なイオン種を提供している。近年では、フラットトップ加速システム導入,鋸歯状波型ビームバンチャーの追加,サイクロトロン中心領域の改造、等々の技術開発や装置改造を行い、マイクロビーム形成実験を精力的に実施している。また一方ではこの間、TMP回転翼の破損や冷却系機器からの漏水,機器コントロール用シーケンサーの放射線損傷,電源盤内小型補助電源の不良、などさまざまな故障・不具合等も発生したが、サイクロトロン装置はこれらの困難を克服し、ほぼ計画通りの運転を継続している現状について発表する。
倉島 俊; 福田 光宏; 宮脇 信正; 奥村 進; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 荒川 和夫; 中村 義輝
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.266 - 268, 2004/08
原研AVFサイクロトロンでは、高エネルギーマイクロビーム形成に必要なビームエネルギー幅の最小化を目指して第5高調波を用いたフラットトップ加速システムの開発を行っている。さらに、フラットトップ加速により均一なエネルギー利得が得られるビーム位相幅
8度RF以内に入射ビームを高効率で圧縮するための鋸歯状波型バンチャーの開発も行っている。本報告では、ビーム加速実験,バンチャー開発の現状について発表する。
吉田 健一; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 横田 渉
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.392 - 393, 2004/08
原研高崎では現在、AVFサイクロトロン用として永久磁石型ECRイオン源を開発している。本発表では磁場分布のシュミレーション計算をもとにしたECRイオン源の基本設計と開発の現状についてこれまでの経緯とともに報告する。
宮脇 信正; 福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 柏木 啓次; 横田 渉; et al.
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.411 - 413, 2004/08
原研AVFサイクロトロンではマイクロビーム形成に必要な2
10
のエネルギー幅を達成するため、基本周波数にその第5高調波を重ね合わせるフラットトップ加速システムの開発を行っている。原理的に均一なエネルギー利得が得られる高調波電圧は基本波の
である。しかし実際には、加速電圧分布が半径位置に依存し、ディースパン角が90度ではないことから、エネルギー幅が最小となるフラットトップ加速のための電圧比はよりも大きく、周波数に依存することがわかった。また非等時性状態でも最外周のトリムコイルと入射ビーム位相を最適化することにより、210のエネルギー幅を達成できることを示した。
中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 福田 光宏; 奥村 進; 横田 渉; 荒川 和夫; 宮脇 信正; et al.
KEK Proceedings 2003-19, p.8 - 13, 2004/03
日本原子力研究所高崎研究所のTIARA施設は、材料科学やバイオ技術などの広範な研究を進展させるために建設された。TIARAに設置されている4台のイオン加速器のうちの1つであるAVFサイクロトロン装置は、1991年3月でのファーストビームの引き出し以来、特に深刻な故障もなく順調に運転されている。年間の運転時間は、最新8年間での平均で約3200hである。特にサイクロトロン装置は、実験者からの多様なイオン種の要望に応じて、頻繁な運転条件の変更が必要となっている。一方イオンビームの強度,品質及び信頼性等を改善するため、われわれはこれまで数多くの改造や開発を継続して実施してきている。それらのうちの幾つかの内容は、制御系システムの更新,イオン源の増強,数シリーズのカクテルビームにおける加速技術の開発,サイクロトロンビームの安定化及び励磁コイルを持つグラジエントコレクターの設計、等々である。さらに、われわれは現在フォーカス型で1ミクロンのマイクロビームを形成するためのさまざまな対策、例えばフラットトップ加速システムの導入,サイクロトロン中心領域の改造,ビーム輸送系基幹ラインへの精密マイクロスリットの設置、などを進めている。
倉島 俊; 宮脇 信正; 福田 光宏; 奥村 進; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 中村 義輝; 荒川 和夫
JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.310 - 311, 2003/11
原研AVFサイクロトロンは、材料科学・バイオ技術専用のサイクロトロンとして世界で初めて建設され、イオン種・エネルギーを短時間で切り替えるカクテルビーム加速技術,大面積均一照射技術,パルスビーム生成技術,イオン源技術などを開発し、イオンビーム利用研究を先導する最先端の加速器技術を生み出してきた。バイオ技術分野においては、微細孔(マイクロアパーチャ)を用いたコリメート方式により世界に先駆けて開発したビームスポット径約10umの数百MeV級重イオンマイクロビーム形成技術とシングルイオンヒット技術が生物細胞への局部照射など生体機能解明研究に応用されているが、さらにビームスポット径の高分解能化と照準位置の高精度化を図り、最先端のバイオ・材料研究に資するサブミクロンビーム形成を実現するため、サイクロトロン加速器技術の高度化を進めている。従来のサイクロトロンより加速電場及び磁場の安定性とビームのエネルギー分解能を1桁以上も向上させ、4連四重極レンズを用いたビーム集束方式により数百MeV級重イオンでは世界初となるビームスポット径1um以下のサブミクロンビーム形成の実現を目指している。
上松 敬; 福田 光宏; 中村 義輝; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 吉田 健一; 荒川 和夫; et al.
JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.315 - 316, 2003/11
サイクロトロンのマイクロビーム及び他のビームラインにおいてイオンビーム蛇行は重要な問題である。その主な原因はビーム光学軸からの位置のズレと角度のズレである。HZマイクロビームラインでのビーム蛇行を評価した結果、サイクロトロン出口での3mmのビームの位置のズレがビームラインでは60mmの蛇行になっていることがわかった。この原因はマグネットの沈下であり、既に高さの修正を行った。さらに、サイクロトロン引出し系にステアリングマグネットを設置し水平方向の蛇行を緩和した。まだ、水平及び垂直平面においてビーム蛇行が存在するが、原因の究明と計測方法と改善方法を検討する予定である。
福田 光宏; 倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 神谷 富裕; 及川 将一*; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.33 - 36, 2003/09
被引用回数：5 パーセンタイル：38.10(Instruments & Instrumentation)数百MeVの重イオンマイクロビームはバイオ研究に必要とされる重要なプローブである。原研AVFサイクロトロンでは、生体機能解明研究に適した260MeV 
Ne
マイクロビームのシングルイオンヒット技術の開発を行っている。ビーム径1mのマイクロビームを生成するためには、集束レンズでの色収差の影響を最小限に抑えるようにビームのエネルギー幅をE/E=0.02%にする必要がある。サイクロトロンビームのエネルギー幅は加速電圧波形と位相アクセプタンスに依存し、正弦波を用いた従来の加速法では0.1%が通例である。第5高調波電圧を基本波電圧に重畳することによりエネルギー利得の均一化に必要なフラットトップ電圧波形を作ることができ、エネルギー幅の最小化が実現される。そこで、既設の基本波共振空洞に連結し、基本波周波数の5倍の周波数帯域(55-110MHz)の第5高調波を発生させるための同軸型共振空洞を設計・製作した。パワー試験において、ディー電極の端部に設置した加速電圧ピックアップ電極からの信号をモニターすることにより、第5高調波電圧が基本波電圧に正常に重畳されていることを確認した。
福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 宮脇 信正; 上松 敬; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 横田 渉; et al.
Review of Scientific Instruments, 74(4), p.2293 - 2299, 2003/04
被引用回数：14 パーセンタイル：57.65(Instruments & Instrumentation)3種類の加速ハーモニクスモード(h=1,2,3)を有するエネルギー可変・加速粒子多種類型AVFサイクロトロンにおけるイオンビームのエネルギー幅最小化に最適なフラットトップ加速システムの検討を行い、基本波加速電圧にその5倍の周波数を持つ高調波電圧を重畳する方法が最適であることを理論的に明らかにした。第5高調波を用いたフラットトップ加速は、高調波電圧発生に必要な増幅器パワーと共振空洞内の消費パワーを最小化し、1ターン当たりのエネルギー利得を増大させるという特長を持っている。そこで、原研AVFサイクロトロンにおいては、ビーム径1mのマイクロビーム形成を実現するため、ビームエネルギー幅を0.02
以下に最小化するフラットトップ加速システムの仕様検討を行い、加速電圧安定度の許容値が基本波210以下、第5高調波110
以下、加速電圧位相安定度許容値が0.2
以下、磁場安定度許容値が1.910
以下であることを定量的に示した。本仕様を踏まえ、コールドモデル試験及び電磁場解析コードMAFIAを用いた計算により、コンパクトで省パワー性に優れた第5高調波発生用共振空洞を設計した。
倉島 俊; 福田 光宏; 宮脇 信正; 奥村 進; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 中村 義輝; 荒川 和夫
第14回加速器科学研究発表会報告集, p.359 - 361, 2003/00
原研AVFサイクロトロンは、材料科学・バイオ技術専用のサイクロトロンとして世界で初めて建設され、イオン種・エネルギーを短時間で切り替えるカクテルビーム加速技術,大面積均一照射技術,パルスビーム生成技術,イオン源技術などを開発し、イオンビーム利用研究を先導する最先端の加速器技術を生み出してきた。バイオ技術分野においては、微細孔(マイクロアパーチャ)を用いたコリメート方式により世界に先駆けて開発したビームスポット径約10mの数百MeV級重イオンマイクロビーム形成技術とシングルイオンヒット技術が生物細胞への局部照射など生体機能解明研究に応用されているが、さらにビームスポット径の高分解能化と照準位置の高精度化を図り、最先端のバイオ・材料研究に資するサブミクロンビーム形成を実現するため、サイクロトロン加速器技術の高度化を進めている。従来のサイクロトロンより加速電場及び磁場の安定性とビームのエネルギー分解能を1桁以上も向上させ、4連四重極レンズを用いたビーム集束方式により数百MeV級重イオンでは世界初となるビームスポット径1m以下のサブミクロンビーム形成の実現を目指している。
宮脇 信正; 福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 荒川 和夫
第14回加速器科学研究発表会報告集, p.404 - 406, 2003/00
原研AVFサイクロトロンでは、バイオ研究に必要なビーム径1mのマイクロビームの形成を目標としている。マイクロビーム形成には集束レンズでの色収差の影響を抑えるため、ビームエネルギー幅|E/E|
210を必要とすることから、フラットトップ加速でのビーム位相幅を高精度に制御できる中心領域電極の設計を行った。その結果、TOSCAコードによる3次元電場解析をもとに加速ハーモニックモードH=1, 2, 3のそれぞれについて軌道解析から電極形状及び配置の最適化を行い、いずれの加速ハーモニックモードに対してマイクロビーム形成に必要な|
|8RFのビーム位相幅の達成を見いだした。
奥村 進; 石堀 郁夫; 福田 光宏; 宮脇 信正; 倉島 俊; 上松 敬; 奈良 孝幸; 吉田 健一; 中村 義輝; 荒川 和夫
第14回加速器科学研究発表会報告集, p.518 - 520, 2003/00
原研AVFサイクロトロンでは、集束方式による直径1mのマイクロビーム形成を実現するために必要な、集束レンズでの色収差抑制のため、フラットトップ加速によるビームエネルギー幅縮小化技術の開発を進めている。既設分析電磁石を利用して、ビームエネルギー幅計測を行うために、マイクロスリットを用いたビームエネルギー幅計測システムの開発を行った。計測システム及び開発した計測用機器について述べる。
