Development and operation of an electrostatic time-of-flight detector for the Rare RI storage Ring

長江 大輔*; 阿部 康志*; 岡田 俊祐*; 大甕 舜一朗*; 若山 清志*; 細井 駿*; 鈴木 伸司*; 森口 哲朗*; 天野 将道*; 上岡 大起*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 986, p.164713_1 - 164713_7, 2021/01

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164713

An electrostatic time-of-flight detector named E-MCP has been developed for quick diagnostics of circulating beam and timing measurement in mass spectrometry at the Rare-RI Ring in RIKEN. The E-MCP detector consists of a conversion foil, potential grids, and a microchannel plate. Secondary electrons are released from the surface of the foil when a heavy ion hits it. The electrons are accelerated and deflected by 90 toward the microchannel plate by electrostatic potentials. A thin carbon foil and a thin aluminum-coated mylar foil were used as conversion foils. We obtained time resolutions of 69(1) ps and 43(1) ps (standard deviation) for a Kr beam at an energy of 170 MeV/u when using the carbon and the aluminum-coated mylar foils, respectively. A detection efficiency of approximately 90% was obtained for both foils. The E-MCP detector equipped with the carbon foil was installed inside the Rare-RI Ring to confirm particle circulation within a demonstration experiment on mass measurements of nuclei around Ge produced by in-flight fission of uranium beam at the RI Beam Factory in RIKEN. Periodic time signals from circulating ions were clearly observed. Revolution times for Ge, Ga, and Zn were obtained. The results confirmed successful circulation of the short-lived nuclei inside the Rare-RI Ring.

Hexagonal nano-crystalline BCN films grown on Si (100) substrate studied by X-ray absorption spectroscopy

Mannan, M. A.*; 馬場 祐治; 平尾 法恵; 木田 徹也*; 永野 正光*; 野口 英行*

Materials Sciences and Applications, 4(5A), p.11 - 19, 2013/05

https://doi.org/10.4236/msa.2013.45A003

シリコン(111)単結晶表面に作成した六方晶ホウ素-炭素-窒素化合物(h-BCN)ナノ結晶薄膜の構造を放射光を用いたX線吸収分光法により調べた。試料はホウ素,炭素,窒素を含む有機化合物であるトリスジメチルアミノボランを原料とし、高周波プラズマ誘起化学蒸着法により作成した。h-BCN構造が生成したことはX線回折により確認した。直線偏光した放射光を用い、ホウ素K-吸収端のX線吸収スペクトルを測定したところ、ホウ素1s軌道から価電子帯の非占有パイ軌道、及びシグマ軌道への共鳴吸収によるピークが認められた。これらのピーク強度の偏光依存性とX線光電子分光測定の結果から、ホウ素原子は3個の窒素原子と結合し、h-BCN平面内でsp2結合を形成することが明らかとなった。

Orientation of one-dimensional silicon polymer films studied by polarization-dependent NEXAFS

Mannan, M. A.*; 馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 平尾 法恵; 永野 正光*; 野口 英行*

Photon Factory Activity Report 2011, Part B, P. 159, 2012/00

http://pfwww.kek.jp/acr2011pdf/part_b/pf11b159.pdf

直線偏光した放射光軟X線を用いたX線吸収微細構造法(NEXAFS)により、固体表面に蒸着した一次元状シリコンポリマーの配向を調べた。高配向性熱分解グラファイト(HOPG)表面に蒸着したポリジメチルシラン(PDMS)のSi K-吸収端NEXAFSスペクトルには明瞭な偏光依存性が観測された。この偏光依存性を解析した結果、PDMSはHOPG表面に平行に「寝ている」ことがわかった。これは金属銅やインジウムスズ酸化物(ITO)表面においてPDMS分子は垂直に「立っている」というわれわれが以前報告した結果と全く反対であった。このような表面による配向の違いを、表面の平坦性や基板-分子相互作用の大きさから議論した。

Self-ordering of silicon polymer thin film grown on indium tin oxide surface investigated by X-ray absorption spectroscopy

Mannan, M. A.*; 馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 平尾 法恵; 成田 あゆみ; 永野 正光*; 野口 英行*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 181(2-3), p.242 - 248, 2010/08

https://doi.org/10.1016/j.elspec.2010.02.014

有機分子やポリマーなど異方性分子の薄膜の電気的,光学的特性は、結晶構造や電子構造だけでなく、分子の配向にも大きく依存する。そこで放射光を用いて、導電性透明基板として用いられているインジウム・スズ酸化物(ITO)表面に蒸着したシリコンポリマーの分子配向を調べた。試料は、最も簡単なシリコンポリマーであるポリジメチルシラン(PDMS)を用いた。PDMSを電子衝撃加熱法によりITO表面に1層ずつ精密に蒸着し、直線偏光した放射光を用いてSi K-吸収端のX線吸収スペクトルを測定した。その結果、スペクトルの吸収ピーク強度に顕著な偏光依存性が認められた。これを解析した結果、ポリマーのSi-Si分子軸は表面に対して40度傾いていることがわかった。この角度は、表面に垂直に立ったポリマーがヘリカル構造をとったときの角度にほぼ一致する。以上の結果から、PDMSは自己組織化過程により、高度に配向することが明らかとなった。

Synthesis of boron carbonitride (BCN) films by plasma-enhanced chemical vapor deposition using trimethylamine borane as a molecular precursor

木田 徹也*; 重住 和也*; Mannan, M. A.*; 秋山 守人*; 馬場 祐治; 永野 正光*

Vacuum, 83(8), p.1143 - 1146, 2009/05

https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2009.02.011

ホウ素-炭素-窒素から成る薄膜(BCN薄膜)は新しい電子材料として注目されている。本研究では、粉末状のトリメチルアミンボラン(CHNB)を原料として、プラズマ誘起化学蒸着法(PECVD)により、シリコン基板上にホウ素-炭素-窒素から成る薄膜の合成を試みた。特に薄膜生成におけるキャリアーガスの種類と高周波の出力の影響を詳細に検討した。電界放出走査型電子顕微鏡により観察した結果、得られた薄膜は直径が20ナノメートル、長さが200ナノメートルのファイバー状であることがわかった。またフーリエ変換赤外分光法測定の結果、薄膜は多様な結合状態、すなわち、C-N, B-N, B-C結合を持つとともに、不純物酸素が取り込まれたB-O結合も持つことがわかった。これらの酸素は、粉末状の試料をモレキュラーシーブと混ぜることにより、水分が除去された結果、大幅に減少することがわかった。以上の結果から、BCN薄膜合成の最適条件を明らかにした。

Characterization of BCN films synthesized by radiofrequency plasma enhanced chemical vapor deposition

Mannan, M. A.*; 永野 正光*; 木田 徹也*; 平尾 法恵; 馬場 祐治

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 70(1), p.20 - 25, 2009/01

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.08.013

ホウ素, 炭素, 窒素から成り立つBCN薄膜は、バンドヤップを自由に制御できる可能性がある新しい半導体薄膜材料として注目されている。本研究では、B, C, Nから成る有機系の分子(トリスジメチルアミノボラン)を原料物質として用い、Si(100)単結晶表面に、高周波プラズマ誘起化学蒸着法によりBCN薄膜を作成し、その構造を調べた。フーリエ変換赤外分光法,X線光電子分光法の結果から、得られた薄膜はsp結合を持ち、ホウ素は炭素と窒素の双方と結合することによりハイブリッド構造をとることがわかった。また、偏光した放射光を用いてX線吸収スペクトルの入射角依存性を調べた結果、得られたBCN薄膜のsp結合軸は、Si基板表面に平行であることが明らかとなった。

むつタンデトロンAMS運転の現状

甲 昭二; 木下 尚喜; 渡部 幸也*; 馬場 正美*; 天野 光

JAEA-Conf 2008-003, p.13 - 16, 2008/04

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Conf-2008-003.pdf

日本原子力研究開発機構(JAEA)青森研究開発センターむつ事務所に設置されている加速器質量分析装置は、平成9年に導入された。このAMSは3MVの加速器に炭素同位体比及びヨウ素同位体比測定用の専用ビームラインが取り付けてられている。イオン源にはCsスパッタ型負イオン源が装備され、最大59個の試料を装着できる。炭素ラインは平成11年12月から、ヨウ素ラインは平成15年5月から定常測定を開始している。平成18年度からはタンデトロンAMSの施設共用が開始され、平成17年度以前の年間測定実績を超える多数のニーズが、原子力機構内外から寄せられた。20年度もさらにニーズの増加が予測されるため、実例を示しながら18年度から19年度9月までのAMS運転にかかわるトラブルや故障等の運転の現状について報告する。

Hexagonal BCN films prepared by RF plasma-enhanced CVD

Mannan, M. A.*; 永野 正光*; 平尾 法恵*; 馬場 祐治

Chemistry Letters, 37(1), p.96 - 97, 2008/01

https://doi.org/10.1246/cl.2008.96

高周波プラズマ誘起化学蒸着法によりシリコン単結晶基板表面に六方晶構造を持つホウ素-炭素-窒素化合物の薄膜を合成し、その構造を調べた。蒸着の原料物質としては、ホウ素,炭素,窒素原子を含む有機分子であるトリスジメチルアミノボランを用いた。X線光電子分光法及びフーリエ変換赤外分光法の結果から、合成したBCN薄膜はB-C-N間にsp混成軌道を持つことがわかった。また、直線偏光した放射光を用いたX線吸収端微細構造スペクトルの入射角依存性から、BCN薄膜はシリコン基板に対して、一定の角度に配向していることがわかった。

Characterization of hexagonal boron carbonitride (h-BCN) films prepared by RF plasma enhanced CVD

Mannan, M. A.*; 永野 正光*; 平尾 法恵*; 馬場 祐治

Proceedings of 24th Japan-Korea International Seminar on Ceramics, p.289 - 292, 2007/11

ホウ素,炭素,窒素を含む有機分子であるトリスジメチルアミノボランを原料とし、Si(100)表面に高周波誘起化学蒸着法(CVD)によりホウ素-炭素-窒素薄膜(BCN薄膜)を作成し、その構造と結合状態について検討した。フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)による測定結果は、作成したBCN薄膜が六方晶の構造を持つことを示唆した。X線光電子分光測定(XPS)の結果、BCN薄膜中のホウ素原子は、炭素原子及び窒素原子の両方と結合していることがわかった。また放射光を用いたX線近吸収端微細構造(NEXAFS)の測定においても、ホウ素原子が炭素だけでなく窒素原子とも結合しているというXPSのデータを支持する結果が得られた。また、NEXAFSスペクトルの偏光依存性から、BCN薄膜がさまざまな配向をとることが明らかとなった。

Preparation and characterization of B-C-N hybrid thin films

Uddin, M. N.*; 下山 巖; 関口 哲弘; Nath, K. G.*; 馬場 祐治; 永野 正光*

JAEA-Research 2006-034, 72 Pages, 2006/06

JAEA-Research-2006-034.pdf:4.05MB

イオンビーム蒸着法によりホウ素,炭素,窒素からなる二次元薄膜(B-C-Nハイブリッド薄膜)を合成し、その電子構造と立体構造を放射光を用いた内殻分光法により調べた。B-C-Nハイブリッド薄膜は、種々の温度で高配向性熱分解グラファイト(HOPG)表面にボラジンガスの放電により生成したプラズマを蒸着させることにより合成した。薄膜の構造はX線光電子分光法(XPS)及びX線吸収端微細構造法(NEXAFS)によりその場観察した。XPS測定の結果、薄膜中のホウ素,炭素,窒素原子はB-C, B-N, B-C-Nなど種々の結合状態をとることがわかった。B-C-Nハイブリッドは高温で作成するほど効率よく生成し、ホウ素の濃度が低い領域ではB-C-N結合をもつ薄膜の生成が支配的になることを明らかにした。NEXAFSスペクトルには、B 1s軌道から的性格を持つ価電子帯の非占有軌道への共鳴吸収によるピークが明瞭に観測された。このピークの偏光依存性を調べた結果、ホウ素の濃度が低い領域においてグラファイトと同様な配向性をとる二次元状のB-C-Nハイブリッド薄膜が安定に存在することを明らかにした。