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横山 彰人; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; Shimada, Keisuke*; 横田 佑也*; 三浦 健太*; 花泉 修*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 371, p.340 - 343, 2016/03
被引用回数：6 パーセンタイル：49.05(Instruments & Instrumentation)サイクロトロンでは、数百MeV級の重イオンマイクロビームを用いたシングルイオンヒット技術が生物細胞の照射実験で利用されており、高精度での位置検出が必要である。本研究では、ビーム照射によって誘起される発光(Ion luminescence: IL)を利用したリアルタイム検出法により、CaF:Eu, イメージインテンシファイア(I.I.), 観察用カメラ及び倒立型焦点顕微鏡を組み合わせた発光検出システムを開発した。しかし、位置分解能に関しては、I.I.の映像増強機構であるマイクロチャンネルプレートの直径6
m以下にならないことが課題であった。そこで、発光検出システムのI.I.と観察用カメラを、対物レンズの倍率により分解能を調整できる電子増倍型(EMCCD)カメラに置き換える改良を行った。また、発光ピーク波長が435nmのCaF:Euを、EMCCDカメラの量子効率が90%以上の542nmに最も強い発光ピークを持つようにTbを添加した透明なガラス材料(G2000: 住田光学ガラス社)に替えた。この材料の1点を狙って260-MeV Neマイクロビームを3個/秒で照射した結果、隣接する数個のピクセルでILを捕捉できた。その重心ピクセルにおける発光強度は、ノイズ強度の140倍大きいため、1個/秒のイオン照射によるILでも補足可能と判断した。また、重心ピクセルを通る線上(水平方向と垂直方向)の強度分布から得たピークの半値幅は、それぞれの方向で4.5mであった。これは実測に基づくビーム径とほぼ一致しており、改良された発光検出システムはシングルイオンヒットによるILを直径数mの位置分解能でリアルタイム検出できることがわかった。
及川 将一*; 佐藤 隆博; 酒井 卓郎; 福田 光宏; 奥村 進; 宮脇 信正; 倉島 俊; 奈良 孝幸; 横田 渉; 神谷 富裕
第18回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.99 - 102, 2005/11
原研高崎イオン照射研究施設(TIARA)では、AVFサイクロトロン(K=110)の垂直ビームコースに設置する集束方式重イオンマイクロビーム装置の開発を進めている。本装置は、高LET重イオンの単一イオン照射を目的として設計されており、生体機能の解明や宇宙用半導体のシングルイベント発生機構の解明などに強力なツールとなることが期待されている。前回、シンチレータと光電子増倍管を用いた透過イオンイメージング法によりビームサイズ50m以上という結果を報告したが、その後ビーム走査電源が発振していたことによりビームサイズを大きく見積もっていたことが判明した。それまで、この発振が原因で銅メッシュ(1000mesh/inch)の2次電子像を取得することができなかったが、発振を抑制することによって明瞭なメッシュ像が得られるようになった。このメッシュ像がよりシャープになるよう集束パラメータを調整した後、任意直線上の2次電子収量を解析したところ、X, Yともに2m未満のビームサイズを達成していることが確認された。
高橋 芳浩*; 芝田 利彦*; 村瀬 祐児*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕
Proceedings of the 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.111 - 114, 2004/10
MOSデバイスに重イオンが入射した時に誘起する電流について探求した。酸化膜厚50
200nmのMOSキャパシタに18MeV酸素イオンまたは150MeVアルゴンイオンを照射し、発生する過渡電流をTIBICシステムにて測定した。MOSキャパシタで誘起する過渡電流について計算機シミュレーションを行った。その結果、MOSキャパシタに重イオンが入射した時に生じる過渡電流は、イオントラック領域から移動した電荷によってゲート直下の表面電位が変化し、これに伴い発生する変位電流が要因であることが判明した。
平尾 敏雄; Laird, J. S.; 小野田 忍; 若狭 剛史; 伊藤 久義
Proceedings of the 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.187 - 189, 2004/10
荷電粒子が半導体中を通過する際、シングルイベント効果と呼ばれる電離作用による過渡電流パルスの発生はよく知られている。われわれはシングルイベント発生機構の解明とモデル構築を行う研究の一環として、短時間で発生する過渡電流波形の測定を実施し、入射イオンと発生電荷量との関係等のデータの蓄積を図っている。本研究では、GaAsショットキーダイオードを試料とし、イオンで発生する損傷が過渡電流の伝搬に及ぼす影響を明らかにするため、入射イオンの増加に伴う過渡電流波形の低下を系統的に調べ、損傷の効果について議論する。
神谷 富裕; 平尾 敏雄; 小林 泰彦
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 219-220, p.1010 - 1014, 2004/06
被引用回数：8 パーセンタイル：48.76(Instruments & Instrumentation)日本原子力研究所高崎研究所のTIARAでは4種類のイオンマイクロビーム装置(重イオン, 軽イオン, コリメート型高エネルギー重イオン、及び集束方式高エネルギー重イオン)をもち、それぞれイオンと物質との相互作用の特殊性(照射影響がミクロに局在化する)を活かしたユニークな応用利用が行われている。従来のマイクロビームの応用はマイクロPIXEに代表されるようなMeV軽イオンによる非破壊局所分析が主であったのに対して、TIARAでは、タンデム加速器及びサイクロトロン加速器からのMeV~数100MeVの重イオンによるシングルイオンヒット技術を応用し、高エネルギー重粒子による半導体素子や生物細胞へのシングルイベント効果や照射損傷の機構研究やリスク評価に関する研究に重点をおいている点に特色がある。今回の発表では、シングルイオンヒット技術についてこれまでの開発の経緯と今後の展望について述べ、併せてこれを用いた最新の応用研究成果について紹介する。
神谷 富裕; 及川 将一*; 大島 武; 平尾 敏雄; Lee, K. K.; 小野田 忍*; Laird, J. S.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.206 - 210, 2003/09
被引用回数：1 パーセンタイル：12.48(Instruments & Instrumentation)原研高崎の重イオンマイクロビーム・シングルイオンヒットシステムでは、宇宙空間における半導体素子のシングルイベント効果(SEU)の研究を目的として、微小半導体素子におけるシングルイオン誘起過渡電流特性の評価が行われている。このような測定では、微小領域に繰り返し入射される高エネルギー重イオンによる物質の照射損傷の影響が問題となる。しかし、入射イオンの個数を制御し、照射損傷の領域をmレベルで限定できるシングルイオンヒット技術により、シングルイオン入射により生成された電荷がいかなる空間的広がりにおいて収集されるかを知ることも可能である。実験では試験素子である炭化珪素P型PNダイオードの径1mの領域に12MeV Niイオンを1個ずつ連続して照射し、過渡電流波形を計測した。その結果、シングルイオンの入射毎に連続してパルス波高及び収集電荷量が減衰するのが観測された。これはこの領域への1イオン入射による全ての電荷収集過程がそれまでの入射によって蓄積された照射損傷の影響を全て受けているためであると考えられる。これにより電荷収集過程は、横方向には1mあるいはそれ以上の広がりをもつことが予測される。今回はこの現象と、イオンの飛程及び素子の空亡層の厚みとの関係について考察する。
渡辺 宏; 数土 幸夫
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.1 - 5, 2003/09
被引用回数：4 パーセンタイル：33.7(Instruments & Instrumentation)放射線高度利用研究計画に基づいて設置されたTIARAでは、計画に沿って3種のマイクロビームシステム開発が実施された。1つは半導体のシングルイベント解析用であり、ソフトエラーの機構解明に貢献している。生物用マイクロビームは、重イオンのシングルヒット照射が可能な世界で唯一のシステムであり、新知見が得られている。分析用マイクロビームは、大気中1m
の分析を可能にし、医学・環境分野への応用を拡大している。過去のマイクロビーム利用は、分析利用を中心に発展してきたが、TIARAの特徴は、照射損傷解析用プローブとしての可能性を大きく引き出したことにある。今後は材料加工への応用や医療への応用も期待される。
神谷 富裕; 横田 渉; 小林 泰彦; Cholewa, M.*; Krochmal, M. S.*; Laken, G.*; Larsen, I. D.*; Fiddes, L.*; Parkhill, G.*; Dowsey, K.*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 181(1-4), p.27 - 31, 2001/07
被引用回数：30 パーセンタイル：87.76(Instruments & Instrumentation)原研高崎のAVFサイクロトロンの垂直ビームラインに設置された高エネルギー重イオンマイクロビーム装置において大気中生物細胞へのシングルイオンヒット技術を確立し、細胞自動認識高速ビーム照準システムを導入した。試料皿上に無数に散在する個々の細胞を照射前後にオフラインの顕微鏡において、全自動で認識するために、遠隔駆動の精密ステージと制御計算機及びソフトウェアからなるシステムを開発した。さらに認識された細胞の中から照射すべきものの位置を顕微鏡画像データから自動抽出し、それに基づいて全自動照射するためのオンラインシステムも同時に開発した。今回は、それらのシステムの概要を示し、テスト試料を用いて行った予備的な実験結果について報告する。
神谷 富裕; 酒井 卓郎; 平尾 敏雄; 及川 将一*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 181(1-4), p.280 - 285, 2001/07
被引用回数：2 パーセンタイル：21.04(Instruments & Instrumentation)原研高崎の重イオンマイクロビーム・シングルイオンヒットシステムを用いて、Si PINダイオードの局所領域にMeVエネルギーの重イオンを繰り返し入射することにより過渡電流波高をすべて計測し、照射損傷に由来する波高の減衰を観察した。その減衰傾向を特徴づけるため、統計関数ワイブル分布関数を導入し、データ解析を行った。m
レベルで照射面積を変化させた場合、明らかな減衰傾向の違いが見られ、実験データから照射損傷と電荷収集の平面方向の広がりに関する情報を引出し得ることが示唆された。これらの測定を再現するために単純なモデルによるモンテカルロシミュレーションも試みた。発表では、照射実験、データ解析及びシミュレーションについて述べ議論する。
小林 泰彦; 田口 光正; 和田 成一*; 舟山 知夫; Khoa, T. V.; 神谷 富裕; 渡辺 宏; 山本 和生
JAERI-Review 2000-024, TIARA Annual Report 1999, p.48 - 50, 2000/10
自然環境中のラドンや宇宙環境での銀河宇宙線のリスクを評価するためには、低線量かつ低線量率のイオン照射の及ぼす生物影響を解明する必要がある。そのためには、従来のランダムな照射ではなく個々の細胞に照準を合わせた照射によって、究極的には細胞の特定部位へのシングルイオン照射効果を解析する必要がある。そこで、アパーチャー系でコリメートした重イオンマイクロビームを大気中に取り出して顕微鏡観察下の生物試料に照射することができる細胞局部照射装置を製作し、本装置の照準・観察系顕微鏡の対物レンズの位置にプラスチック・シンチレータを取り付けたフォトマルを取り付けた。このフォトマルで照射試料を貫通したイオンに由来する信号を検出し、その信号の波高値分布に適当なウィンドウをかけて照射されたイオン個数を判断し、設定値に達したところでビームシャッターを駆動して照射を終了するシステムを構築した。
横田 渉; 荒川 和夫; 奥村 進; 福田 光宏; 神谷 富裕; 中村 義輝
Proceedings of 4th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application, p.179 - 184, 2000/10
高崎研のイオン照射施設(TIARA)では、ビーム利用研究の進展に合わせてさまざまな実験装置が作られている。3MVタンデム加速器の重イオン用シングルイオンヒットマイクロビーム装置は、宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究に利用されてきた。新たにサイクロトロンビームを用いた高エネルギー重イオンシングルイオンヒットマイクロビーム装置の開発が進められている。加速器技術にも多くの進展があり、イオンビームの利用範囲を広げている。サイクロトロンには金属イオン用ECRイオン源が設置され、カクテルビーム加速ではM/Q=2,4,5について技術開発を終えている。またサイクロトロン磁場の安定化により、ビームが時間とともに減少する現象が大きく改善された。さらに、将来計画として超伝導サイクロトロンの建設が提案されている。本講演ではこれらの装置、技術開発及び将来計画を詳しく紹介する。
神谷 富裕
放射線化学, 2000(69), p.32 - 36, 2000/03
高崎研究所の加速器施設TIARAにおいては、3MVシングルエンド及び3MVタンデム加速器のビームライン上にそれぞれ軽イオン及び重イオンマイクロビーム装置を設置し、技術開発と応用研究を進めている。前者は、いわばミクロの世界を覗く視線であり、マイクロPIXE等による生物細胞を初めとする微細な試料内部に元素がどのように分布しているかを調べるためのものである。これに対し後者は、いわばミクロの世界を探る指先であり、シングルイオンヒットシステム等を用いて半導体素子や生物細胞が高エネルギーイオンにヒットされて引き起こされる現象を模擬し機構を解明するためのものである。本稿ではわれわれ自身が実際に行ってきた実験の一端を紹介し、マイクロビームの持つこれら2つの側面を示した。
渡辺 宏; 小林 泰彦
Isotope News, (549), p.2 - 5, 2000/02
マイクロビームは、生物試料の特定の領域をミクロンサイズで局部的に照射することによって、生体内で起こる機能変化を解析するための手段である。イオンのマイクロビームを用いれば、通常のランダムな照射実験では不可能だった、数々の重要な放射線生物学的諸過程の定量的解析が可能になると期待される。原研では、宇宙線の生物影響を解析する基礎研究と同時に、生物の機能解析プローブとして発生生物学などへの応用や、新しい細胞微細加工技術としてのバイオテクノロジーへの応用を目指して、サイクロトロンからの高エネルギー重イオンビームのマイクロ化を進めている。現在では、動物培養細胞の核の大きさに相当する5~10mまでビームを絞って照射できるようになり、哺乳動物細胞へのシングルイオン照射実験を開始したところである。また、信州大学と共同で蚕受精卵の発生・分化過程を解析する研究を進めており、受精卵の特定の部位をマイクロビームで局部照射し、その結果現れる形態異常を観察することで、受精卵における組織原基(細胞運命)地図を作成した。今後は、照射によって不活性化された細胞群と非照射の細胞との相互作用を調べ、発生過程における細胞運命の可塑性などを解析していく予定である。
小林 泰彦; 田口 光正; 渡辺 宏; 山本 和生
JAERI-Review 99-025, TIARA Annual Report 1998, p.50 - 52, 1999/10
動物培養細胞へのシングルイオン照射を行うには、大気中に取り出したイオンが標的となる細胞と培養液及びその容器、さらに飛跡検出用CR-39フィルムを貫通した後、イオンの入射個別を計数するプラスチック・シンチレーターまで届くだけの飛程を有していることが必要である。そのため、高崎研究所のサイクロトロンで得られる高エネルギー重イオンをコリメート系を通して大気中に取り出し、顕微鏡観察下の生物試料に照射することができる細胞局部照射装置を製作した。本装置の照準・観察系顕微鏡の対物レンズの位置にプラスチック・シンチレータを取り付けたフォトマルを取り付け、照射試料を貫通したイオンに由来する信号を検出することによって照射されたイオン個数を計測し、ビームシャッターを駆動して照射を終了するシステムを構築した。試料の位置でのイオンの飛跡のバラツキを厚さ10mのCR-39フィルムを用いて調べたところ、約10mの範囲に集中して照射されていることがわかった。
神谷 富裕; 酒井 卓郎; 内藤 豊*; 平尾 敏雄
第11回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.126 - 128, 1999/01
3MWタンデム加速器のビームライン上に設置した重イオンマイクロビーム装置を用いたシングルイオンヒット技術を確立した。これを基に、試料に対してプログラムしたヒット位置と個数に従って自動的にシングルイオン照射するシステムを製作した。ビームのパルス化を制御するパルスジェネレータは、MCPからのシングルイオン検出信号を数えるカウンターと連動し、カウンターが動作中の時のみイオンの入射が許可される。また、イオンの入射がプリセット値に達した瞬間に後続の入射が禁止される。この制御機能がマイクロビーム走査の制御プログラムに組み込まれることにより、イオンを予め入力した個数と位置のデータに基づいて自動的に次々と打ち込むことが可能となった。本システムを用いて15MeVのNiイオンをCr-39上に微細なだるま状のヒットパターンで自動照射することに成功している。
神谷 富裕; 酒井 卓郎; 内藤 豊*; 浜野 毅*; 平尾 敏雄
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 158(1-4), p.255 - 259, 1999/00
被引用回数：6 パーセンタイル：46.7(Instruments & Instrumentation)原研高崎重イオンマイクロビーム装置において、マイクロビーム走査、試料描画及びシングルイオンヒットシステムが組み合わされて自動ビーム照準シングルイオン照射システムが製作された。これを用いてあらかじめ設定された任意のヒットパターンで短時間にかつ自動的に試料へのシングルイオン照射が可能である。この技術は、シングルイベント過渡電流測定等により、1つ1つのイオンの入射に伴う個々の照射損傷を評価するために確立されたものである。今回の実験では、固体飛跡検出器CR-39を用いて、シングルイオンヒットパターンと照射位置精度の評価を行った。また、粒子検出器としてのSi PINフォトダイオードへの同一ヒットポイントへのくりかえしシングルイオン照射によって、個別の損傷の蓄積効果を観察した。
酒井 卓郎; 浜野 毅*; 須田 保*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕
JAERI-Conf 97-003, 00(00), p.451 - 453, 1997/00
重イオンマイクロビーム装置において、試料の任意の位置に、イオンを1個1個入射することができるシングルイオンヒットシステムの開発を行っているが、このための検出器には、シングルイオンの検出効率が高く、誤計数を防ぐため、低ノイズであることが要請される。このための検出器として、一対のマイクロチャンネルプレート(MCP)と炭素薄膜を組み合わせた検出器を開発した。これは、イオンが炭素薄膜を通過する際と試料に入射したときに発生する2次電子をそれぞれのMCPで検出して、この信号を高速同時計数回路により処理し、ノイズや暗電流による誤計数を防ぐ機構になっている。この検出器の検出効率は15MeV Siイオンで半導体検出器に対して、100%以上の効率があることが確認でき、ノイズも一組のMCPに比較して3桁以上低減することができた。
酒井 卓郎; 浜野 毅*; 須田 保*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 130(1-4), p.498 - 502, 1997/00
被引用回数：15 パーセンタイル：74.05(Instruments & Instrumentation)宇宙空間で半導体素子に生ずる、シングルイベント効果等の単一重イオンにより発生する現象を解析するためには、1m以下の空間分解能で試料の任意の位置にシングルイオンを入射することができる技術を開発する必要がある。これを行うため、重イオンマイクロビームのパルス化を行い、このパルス幅で検出系にゲートをかけて、ノイズの低減を行い、シングルイオンの試料への入射の検知、制御を行う技術を開発した。このシングルイオンヒット技術の精度を固体飛跡検出器で調べた結果と、望遠顕微鏡でシングルイオンを試料上に照準する技術の開発状況について述べた。
神谷 富裕; 須田 保*; 田中 隆一
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 118(1-4), p.447 - 450, 1996/09
被引用回数：34 パーセンタイル：92(Instruments & Instrumentation)宇宙用半導体素子におけるシングルイベント効果の微視的機構解明のため、高エネルギーシングルイオンヒットシステムが原研重イオンマイクロビーム装置に組合わされた。シングルイオンヒットシステムではシングルイオン検出器と高速ビームスイッチによって試料へのイオン入射のタイミングと個数が制御できる。シングルイオン検出器の検出効率は15MeV Niに対して100%であった。高速ビームスイッチのスイッチング時間は150nsで、その間での多重ヒットの確率がら、シングルイオンヒットシステムによる極微小電流領域での電流計測と制御の可能性が評価された。
酒井 卓郎; 濱野 毅*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕
第9回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, 0, p.60 - 63, 1996/00
原研高崎では、高エネルギー重イオンの入射でビット反転等が引き起こされるシングルイベントを解析するため、シングルイオンヒット技術の開発を進めている。このためには、イオンの試料への入射を確実に検知する必要がある。この検出器として炭素膜と試料へのイオンの入射により発生する2次電子を検出し、コインシデンスをとりノイズによる誤計数を防ぐ検出システムを開発した。このシステムにより、シングルイオンを試料に入射することには成功したが、炭素膜中での散乱により、ビーム径を1mに保つことができないことが判明した。このため炭素膜を取り除き、ビームパルス化システムを取り付け、このパルスのトリッガーと試料よりの2次電子の検出信号でシングルイオンの試料への入射を制御するシステムを製作中であり、そのための方法について議論する。
