New applications of ion beams to material, space, and biological science and engineering

材料・宇宙・バイオ科学及び工学への新しいイオンビーム応用

福田 光宏; 伊藤 久義; 大島 武; 西堂 雅博; 田中 淳

Fukuda, Mitsuhiro; Ito, Hisayoshi; Oshima, Takeshi; Saido, Masahiro; Tanaka, Atsushi

近年、イオンビームは、医学・医療をはじめ、材料科学・バイオ技術などの原子核物理学以外の分野において広範に応用されるようになり、従来のX線・線・電子線などの利用では得られなかった研究成果が続々と生み出されてきている。イオンビームは、物質中でその飛跡に沿って局所的にエネルギーを付与し、高密度に物質をイオン化したり、励起したりすることができるだけでなく、優れた直進性,異種元素の注入,打ち込み深度及び個数の自在制御,物質表面原子のたたき出しや電子・X線・中性子等の二次粒子放出,RI生成など、多面的な特質を持っている。物質の種類や形状・構造などに合わせてこれらのイオンビームの特徴を上手に活かすことにより、新しいものを創り出したり、物質の中を微細に調べたりすることが可能となる。原研高崎研究所では、材料・宇宙・バイオ科学分野などにおける高度なイオンビーム利用を推進するため、軽イオンから重イオンにわたる多種類のイオンをkeVオーダーから数百MeV級まで加速できるイオン照射施設TIARAを建設し、最先端のイオンビーム利用研究を先導するビーム技術を開発してきた。本稿では、TIARAで得られた材料・宇宙・バイオ科学分野におけるイオンビーム利用の研究成果と今後の展望について解説している。

An ion beam has been widely applied to a variety of research fields of materials, space, and bio-sciences. Notable results, which were hard to obtain in applications of a ray and an electron beam, have been produced by the ion beam application. Ion beams interacting with matter have such superior properties as highly localized ionization and excitation, production of secondary particles, implantation of different atoms, and nuclear transmutation of constituent atoms. Skillful utilization of the ion beam properties makes remarkable progress in creation of new materials and precise investigation of matters. The ion beam irradiation research facility, TIARA, was established in 1993 at JAERI for extensive applications of ion beams. An accelerator complex provides light to heavy ion beams with a broad energy range from keV to GeV. Various ion beam technologies pioneering the ion beam applications have been developed at TIARA. In this paper, new applications of accelerated ion beams to material, space, and biological science and engineering carried out mainly at TIARA are reviewed.