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報告書

TIARAイオン注入装置におけるイオン生成法の開発

山田 圭介; 大越 清紀; 齋藤 勇一; 織茂 貴雄*; 大前 昭臣*; 山田 尚人*; 水橋 清

JAEA-Technology 2008-090, 95 Pages, 2009/03

JAEA-Technology-2008-090.pdf:11.36MB

高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)の400kVイオン注入装置では、搭載しているフリーマンイオン源を使用して、材料科学やバイオ技術に関する研究開発を中心とする数多くの実験利用にイオンビームとして提供してきた。これまで、フリーマンイオン源によるイオン生成は、ガス状試料を使用するガス方式,固体で蒸気圧が高い試料を用いるオーブン方式が用いられてきた。しかし、実験の高度化及び多様化が進むにつれ、これらの方式では生成が困難なイオン種への要望が多くあったため、各々の試料物性に適したイオン発生方式の開発を進めてきた。その結果、高融点の物質に対してはディスク方式,高融点かつ低蒸気圧の物質に対してはSF$$_{6}$$プラズマ方式,2400$$^{circ}$$C以上の融点を有する金属に対してはフィラメント方式を新たに開発し、物質の特性に合った方式を選択することで、これまでに水素からビスマスまでの元素のうち、44種類のイオンを生成し加速した。さらに、加速エネルギーを高めることを目的に多価イオンの生成が容易な小型ECRイオン源(MINI-ECR)を開発した。本報告書では、これらのイオン生成技術と生成したイオン種について、その生成方法,得られるビーム電流量,マススペクトル及び各イオンを安定に引き出すための運転パラメータ等をまとめ報告する。

論文

TIARAイオン注入装置におけるイオン生成技術の開発

山田 圭介; 齋藤 勇一; 水橋 清; 大越 清紀; 織茂 貴雄*; 大前 昭臣*; 山田 尚人*

JAEA-Conf 2008-005, p.114 - 117, 2008/03

TIARAイオン注入装置では、フリーマン型イオン源を用いてさまざまなイオンを生成し、数多くの実験にビームを提供している。また、利用者の多種多様な要求に応えるため、イオン生成技術の開発を進めている。フリーマン型イオン源でのイオン生成方式として一般的に用いられているガス方式及びオーブン方式では生成できるイオン種が限られるため、ディスク方式,フィラメント方式及びプラズマ方式を独自に開発し、合計43種類ものイオンを生成可能にした。本研究会では、これらのイオン生成技術と最近開発したSi及びGeイオンの生成における詳細な生成方法及び問題点について報告する。

論文

静電加速器の運転状況

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 酒井 卓郎; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 197, 2007/02

平成17年度、3台の静電加速器は順調に稼動し、計画されたイオン照射実験のうち、ユーザー側の都合で中止したもの以外すべて実施した。年間の各加速器の運転時間はタンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置についてそれぞれ1974時間,2359.9時間,1859.9時間であった。年度内に発生した故障のうち、最もマシンタイムに影響を及ぼしたものは9月に発生したシングルエンド加速器イオン源部のイオン引き出し電源トランスの故障で、特注品であったことから製作に時間を要し15日間の運転停止となった。また、17年度の特徴として地震及び落雷による停電など自然からの影響が大きく、ターボ分子の故障や実験の中断及びこれらによる点検作業が多かった年であった。その他、タンデム加速器の加速電圧を安定化するためのペレットチェーン駆動部の改造等の技術開発や利用拡大のためのタンデム加速器でのフラーレン(C$$_{60}$$)イオンの加速やイオン注入装置でのSiイオンの加速等の新ビーム開発を行った。

論文

Operation of the electrostatic accelerators

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 横田 渉; et al.

JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, P. 371, 2006/01

2004年度のタンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置の運転時間はそれぞれ、1914.9時間,2490.7時間,1844.9時間であった。保守・整備では、長期間整備しなかった箇所を重点を置くとともに、タンデム加速器ではSF6ガスのリーク対策を行った。新ビーム開発では、タンデム加速器で錫(Sn)の負イオン,イオン注入装置でリチウム(Li)の正イオンを新たに加速した。技術開発では、タンデム加速器のチェーンスピードを調整する方式によって電圧安定度を1.2$$sim$$2.4E-4の範囲で制御することを可能にした。シングルエンド加速器では無誘導型電圧測定抵抗を開発し、3MVの運転を安定にした。

論文

フリーマンイオン源におけるフラーレン(C$$_{60}$$)イオンの発生

大越 清紀; 齋藤 勇一; 織茂 貴雄*; 大前 昭臣*; 高田 功; 田島 訓

JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.323 - 324, 2003/11

TIARAタンデム加速器では既にクラスターイオンの加速に成功しており、クラスターイオン特異の照射効果に関心が持たれている。今回、加速を試みたフラーレン(C$$_{60}$$)は炭素の巨大クラスターであり、C$$_{60}$$イオン照射は新機能材料の開発等で期待されおり実験者より強い要望があった。よってわれわれはイオン注入装置のフリーマンイオン源を用いてフラーレンイオンの生成加速試験を行った。フリーマンイオン源のオーブン内にC$$_{60}$$試料を入れて加熱してC$$_{60}$$蒸気を発生させてプラズマチェンバに送り込みイオン化する。この方法でエネルギー350keVで最大2.1$$mu$$A加速することに成功した。加速試験は、形状(粉末及び粒状)が異なる2種類のC$$_{60}$$試料を用いて行った。粉末試料(95%)はオーブン温度が500$$^{circ}$$C付近で最大ビームが得られるが、6時間後にはnAオーダーまで減少してしまう。しかし、粒状試料(99.9%)は、オーブン410$$^{circ}$$C程度でイオン発生することができ、8時間以上発生することができた。

口頭

静電加速器の運転状況

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 酒井 卓郎; 横田 渉; et al.

no journal, , 

TIARA施設3台の静電加速器はほぼ順調に稼動した。17年度の年間運転時間はタンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置について、それぞれ1974時間,2359.9時間,1859.9時間であった。実験利用に影響を及ぼした故障はシングルエンド加速器のイオン源部の故障で15日間加速器を停止した。この期間中の実験は年末にすべて実施した。加速器の整備では、タンデム加速器のイオン入射用加速管の交換を行った。新ビームでは、タンデム加速器でZn及び多価のC60イオンを新たに加速し、イオン注入装置ではSi, Ge及び多価のSiを加速した。

口頭

静電加速器の運転状況

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 横田 渉; 北野 敏彦*; et al.

no journal, , 

平成18年度のTIARA施設3台の静電加速器は順調に稼動し、計画されたイオン照射実験のうち、ユーザー側の都合で中止したものを除きすべての実験を終了した。18年度の年間運転時間はタンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置について、それぞれ1959.6時間,2498.6時間,1898.9時間であり、照射件数は増えたがほぼ例年並の運転時間であった。当年度は故障やトラブルの発生件数が比較的少ない年であったが、制御用計算機やRFイオン源用発振回路に使用されているコンデンサーのパンクやショートを原因とする故障が発生した。タンデム加速器の整備ではスライド機構付チェーンモータ用固定板の改造を行い、ペレットチェーンが高速で回転することによって発生する塵埃(タンク内の煤化)を大幅に改善した。シングルエンド加速器では、従来のポリプロピレン製のRF電極支持具では内在する気泡部分での放電によって加熱損傷が多発したため、気泡の有無を確認できる透明性の良いポリカーボネイト製の支持具に交換して損傷防止の効果を上げた。イオン注入装置の新ビーム開発ではビーム利用者から希望があったGeイオン5$$mu$$A程度を安定に生成することに成功した。

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