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仲野谷 孝充; 吉本 政弘; Saha, P. K.; 竹田 修*; 佐伯 理生二*; 武藤 正義*
Proceedings of 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.937 - 941, 2023/11
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)では、前段加速器であるリニアックから入射した400MeVのH
ビームを荷電変換フォイルによりH
ビームに変換して、3GeVまで加速している。これまでRCSでは、HBCフォイル(Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil)とカネカ社製のグラフェン薄膜(GTF: Graphene Thin Film)の2種類を荷電変換フォイルとして使用してきた。HBCフォイルとは100
g/cm
以上の厚い炭素フォイルを安定的に作製するために高エネルギー加速器研究機構(KEK)で開発された手法である。当初はKEKで作製されたフォイルを使用してきたが、2017年からは原子力機構でHBCフォイルの作製を開始し、以来これを使用している。近年、アーク蒸着法では作製が困難と言われてきた厚い純炭素フォイルの成膜に成功した。新たな試みとして、この純炭素フォイルを2023年3月からの利用運転で使用した。結果、HBCフォイルとGTFでは使用時間の経過とともに、荷電変換されずにビームダンプに廃棄されるビーム量の増加傾向が観察されたが、純炭素フォイルではこの傾向がなく、安定的に荷電変換が可能であった。本発表ではこれら3種類の荷電変換フォイルの使用状況について報告する。
仲野谷 孝充; 吉本 政弘; 山崎 良雄; 竹田 修*; 佐伯 理生二*; 武藤 正義*
Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.545 - 549, 2019/07
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS: Rapid Cycling Synchrotron)では大強度陽子ビームを実現するために荷電変換フォイルを用いた荷電変換ビーム多重入射方式を採用している。RCSで使用している荷電変換フォイルは、少量のホウ素を炭素棒に添加し、これを電極としたアーク蒸着法により作製したフォイル(HBCフォイル: Hybrid Boron mixed Carbon stripper foil)である。このHBCフォイルはビーム照射による損傷に対して強い耐久性を持つことが大きな特徴である。これまでHBCフォイルの作製は、成膜工程(蒸着,アニール,剥離)を高エネルギー加速器研究機構(KEK)つくばで実施し、原子力機構(JAEA)東海でフォイルの調製工程(サイズ調整,フレームマウント,マガジンラックへの装填)を実施する分業体制で行ってきた。2017年より、フォイル蒸着装置をKEKつくばからJAEA東海に移設し、作製工程を統合した。移設後に新しく作製したHBCフォイルの健全性を評価するために、量子科学技術研究開発機構(QST)高崎研TIARAにおいて照射試験及び性能分析を実施し、実機でのビーム照射試験を経て、利用運転での使用を開始した。結果、新しく作成したHBCフォイルのみで1年間の利用運転を達成することができた。
金正 倫計; 神谷 潤一郎; 小泉 欧児*; 那須 昌吾*
Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.668 - 670, 2018/08
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、リニアックで加速された負水素イオン(Hイオン)を薄膜で陽子に変換する荷電変換入射方式を採用している。この薄膜の寿命が加速器の運転時間を決めるため、荷電変換膜のビームに対する破壊機構を知ることは、加速器を安定に運転する上で重要である。本研究では、荷電変換膜のビームによる破壊機構を解明することを目的として、ラマン分光法により、薄膜の結晶性, 膜組成, 応力等を評価した。RCSで使用しているフォイルは、レーザーによる入熱に対して、大きな応力が発生することが分かった。
Zhu, X. D.; 楢本 洋; Xu, Y.; 鳴海 一雅; 宮下 喜好*
Journal of Chemical Physics, 116(23), p.10458 - 10461, 2002/06
被引用回数：5 パーセンタイル：14.78(Chemistry, Physical)基板温度をパラメータにして、C60蒸着と同時に1.5keVNeイオン照射を行い、得られた炭素薄膜の結合状態をラマン分光法で、表面形態の特徴を原子間力顕微鏡で評価した。その結果、以下の結論を得た。表面形態の変化は、イオンスパッタリングとC60の同素体変換過程による蒸着との競合過程で特徴付けられ、ナノメートルサイズでの微細構造の制御が可能になるを示した。
Tang, Z.; Zhang, Z.; 鳴海 一雅; Xu, Y.; 楢本 洋; 永井 士郎; 宮下 喜好*
Journal of Applied Physics, 89(3), p.1959 - 1964, 2001/02
被引用回数：30 パーセンタイル：73.57(Physics, Applied)質量分離した各種のイオン(CH
(
=0~4))を超高真空中に置いたSi基板上に堆積して、炭素薄膜を合成した。このとき、入射イオン種、エネルギー及び基板温度が重要なパラメータであった。合成した炭素薄膜の表面形態の解析には原子間力顕微鏡を用い、結合状態の評価にはラマン顕微分光光度計を利用した。その結果、100eVの
Cイオンを室温でSi基板に入射すると、sp
結合の割合が約80%にも達する非晶質炭素膜を合成することができた。またこの薄膜の光学的バンドギャップ値は、2.54eVと非晶質炭素としては最大の部類に入るものを得た。さらに耐熱性を評価すると、CH
イオンで作製した薄膜は400
で黒鉛化するのに対して、Cイオンで作製したものは、700まで安定かつ優れた耐熱性を示した。
大野 秀樹*; J.A.van-den-Berg*; 永井 士郎; D.G.Armour*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 148, p.673 - 677, 1999/00
被引用回数：26 パーセンタイル：85.55(Instruments & Instrumentation)XPSを搭載した低エネルギーイオンビーム蒸着装置を用いて、Si(100)基板へのCイオンの蒸着を行った。イオンエネルギーは10eV~150eV、基板温度はRT~200
Cとし、厚さ約100nmの薄膜を作製した。XPSその場測定のほか、生成した薄膜をラマン分光及びX線回折で分析した。Cのイオンエネルギー80~120eV、基板温度25C及び100Cで90%のグラファイトと10%のダイヤモンドからなる薄膜が得られ、上記以外のエネルギーではダイヤモンドは生成せず、ダイヤモンド様炭素とグラファイトの薄膜が得られることがわかった。
鳴海 一雅; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 万波 通彦*; 齋藤 勇一; 山本 春也; 青木 康; 楢本 洋
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 135, p.77 - 81, 1998/00
被引用回数：38 パーセンタイル：92.24(Instruments & Instrumentation)高速クラスターイオンを固体に照射すると、非常に狭い領域に高密度の物質及びエネルギーを付与できるため、単原子イオンを照射する場合とは異なった効果が期待される。薄膜が2-17g/cmの炭素薄膜を透過した0.8MeV/atomのB
,B
,B
イオンのエネルギースペクトルを半導体検出器で測定し、2つのクラスター照射効果を観測した。まず、クラスターを構成する原子1個当たりの平均のエネルギー損失と0.8MeVのBイオンのエネルギー損失との薄膜依存は、薄い膜厚で1より大きくなり、膜厚が厚くなると1に近づくことがわかった。このことは、クラスターに対する阻止能が単原子イオンに対する阻止能を単に積算したものではないことを示している。また、測定に用いた半導体検出器の出力において、パルス波高欠損が観測された。これは、クラスターの持つ高いLETによって半導体中に高密度の電子・正孔プラズマが生成されたため、単原子イオンの場合よりも電子・正孔対の再結合の確率が高くなり、見かけの出力が小さくなったことによる。
大野 秀樹*; 青木 康; 永井 士郎
JAERI-Research 94-018, 45 Pages, 1994/10
JAERI-Research-94-018.pdf:1.2MB
低エネルギーイオンビーム蒸着装置は、高崎研究所で進められている放射線高度利用研究の一環で平成3年3月に設置したものである。本装置は、超高真空下におけるイオンビーム蒸着の薄膜形成過程や低エネルギーイオンと固体表面の相互作用の解明を目的として作製されたものである。本報告書は、低エネルギーイオンビーム蒸着装置の概要、運転要領及び本装置でこれまで行ってきた炭素薄膜形成に関する実験結果についてまとめたものである。
竹内 末広
Proc.6th Symp.on Ion Sources and Ion-Assisted Technology, p.177 - 180, 1982/00
タンデム加速器による重イオン加速のため1979年に原研で開発された長寿命荷電変換炭素薄膜は、寿命にバラツキが大きく寿命の均一化が望まれている。一般に炭素薄膜はイオンビームの照射によって照射部分が縮むために起る張力で破れる。原研型炭素薄膜は従来の膜と較べると縮みが緩漫で照射部分の周囲が引張られる状態になってからも長時間ビームに耐える。しかし、その状態は不安定なため寿命にむらがでる。そこで最近、縮みの非常に小さい炭素薄膜の開発に成功したので初期の成果を報告する。この進展は炭素蒸発源としてのアーク電極を太くすることによって得られた。旧原研型炭素薄膜と較べると、緊張状態になるまでの時間が約10倍長くなり、かつての時間は旧原研型の平均寿命よりも長い。これによって長寿命化と共に寿命のバラツキが小さくなった。さらに長寿命化の可能性もあり実用上の性能向上が得られるものと期待される。
竹内 末広; 竹腰 英子
JAERI-M 9322, 8 Pages, 1981/02
重イオンビーム用荷電変換炭素薄膜を製作するための蒸着用基板としてその表面上に膜厚と同じ程度の大きさをもつ微粒子が一様な密度で分布したガラス基板を使用すると、長寿命の炭素薄膜を作ることができる。この表面状態を形成するために開発したガラス基板の表面処理法について述べている。この方法はガラス基板を高温高湿度の雰囲気の中に入れておくとソーダ等の成分がガラス表面に析出してくる現象、およびその表面を水蒸気で曇らせると析出物が一様に粒状化する現象を利用したものである。処理条件に関する試験結果もまた提示されている。
