Quick change of ion species of heavy-ion microbeam by cocktail beam acceleration technique with the JAEA AVF cyclotron

原子力機構サイクロトロンにおけるカクテルビーム加速技術を用いた重イオンマイクロビームのイオン種のイオン種の短時間切り替え

倉島 俊; 吉田 健一; 及川 将一*; 佐藤 隆博; 宮脇 信正; 湯山 貴裕; 奥村 進; 柏木 啓次; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; 神谷 富裕; 福田 光宏*; 横田 渉

Kurashima, Satoshi; Yoshida, Kenichi; Oikawa, Masakazu*; Sato, Takahiro; Miyawaki, Nobumasa; Yuyama, Takahiro; Okumura, Susumu; Kashiwagi, Hirotsugu; Ishibori, Ikuo; Nara, Takayuki; Kamiya, Tomihiro; Fukuda, Mitsuhiro*; Yokota, Wataru

原子力機構AVFサイクロトロンでは、集束レンズを用いて数百MeV級の重イオンマイクロビームを形成するためにビームのエネルギー幅を縮小するフラットトップ加速技術やビーム位相幅制御技術の開発を行っている。イオンビームを用いた生物細胞の低線量応答や宇宙用半導体の耐放射線性評価の研究では線エネルギー付与(LET)を大きく変える必要があるため、イオン種やエネルギーを頻繁に変更する。サイクロトロンでは、カクテルビーム加速技術によりイオン種を短時間で切り替えることが可能であり、効率的に照射実験を行うことができる。今回われわれは、260MeV Neのマイクロビームを形成した後に、電荷質量比M/Q2.85のイオン種のカクテルビーム加速を行い、マイクロビームの短時間切り替えを試みた。その結果、30分程度の調整時間で520MeV Arのマイクロビームを形成することに成功した。カクテルビーム加速を用いないと8時間程度かかるので、大幅な時間短縮が可能になり、利用研究の効率向上や研究分野拡大への貢献が期待される。

A heavy-ion microbeam with energy of hundreds of MeV is utilized for research in biotechnology and materials science at the JAEA AVF cyclotron facility. Beam users need microbeams providing a wide range of linear energy transfer (LET). In order to vary LET widely, we have to change the ion species and/or energy. A cocktail beam acceleration technique is frequently used to change the ion species quickly. Ion species and energy can be changed by slightly shifting the acceleration frequency. The cocktail acceleration technique has been applied to microbeam production for quick change of ion species of a microbeam. As a result, we have succeeded to reduce considerably microbeam changing time to within 30 minutes between a 260 MeV Ne and a 520 MeV Ar. No deterioration of a microbeam spot size has been confirmed using a secondary electron microscope image of a copper mesh.