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論文

High-resolution beam energy-spread measurements using combination of nuclear resonant reactions and a 0$$^{circ}$$ beam line separation

石井 保行; 千葉 敦也; 宇野 定則; 齋藤 勇一; 水橋 清; 田島 訓*; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 260(1), p.15 - 19, 2007/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

イオンマイク、あるいはナノビームを形成するためには色収差の評価が不可欠であり、これに伴い色収差の原因であるビームエネルギー幅の精密な測定が必要である。3MVシングルエンド加速器に接続したマイクロビーム形成装置での色収差の大きさを評価するため、高分解能を有する分析電磁石を用いる一般的な方法を使用することなしにプロトンビーム照射により発生する共鳴核反応を使用したビームエネルギー幅測定方法を開発した。この方法では加速器の電圧校正に用いられてきた共鳴核反応$$^{27}$$A$$ell$$(p, $$gamma$$)$$^{28}$$Siと$$^{24}$$Mg(p, $$gamma$$)$$^{25}$$A$$ell$$のうち、反応幅が200eV以下の反応と試料に入射するビームエネルギーを微細に可変することで、10$$^{-4}$$の分解能を達成した。さらに、静電加速器加速管に設置した永久磁石によりビームを分離し、加速器直線ラインに設置した試料に照射する方法を考案した。これらの方法により分析電磁石を使用せず高分解能でビームエネルギーを測定する方法を開発した。

論文

Measurement of carbon cluster charge state passing through thin foils using a luminance plate

千葉 敦也; 齋藤 勇一; 田島 訓

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 232(1-4), p.32 - 36, 2005/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.78(Instruments & Instrumentation)

クラスターイオンと物質との相互作用や衝突現象を解明するためには、クラスターの構造や物質への入射角度は重要なパラメートである。今回の実験では、Coulomb explosion imagingを利用し、薄膜を透過したカーボンクラスターCn(n=2,3,6)構成原子の動向を調べるとともに、クラスターの構造に依存すると言われる薄膜透過後のクラスター構成原子の平均電荷測定を行った。実験装置は原研高崎の3MeVタンデム加速器を使用して行った。クラスターイオンビームはスイッチング電極とアパーチャーによりパルス化され、1秒間に数個の割合で薄膜を透過し、その際クーロン爆発により分離したクラスターの構成原子は発光タイプのMCPと衝突する。薄膜とMCPの間に設けた平板電極の印可電圧と構成原子の偏向率から平均電荷を見積もる。測定結果は計算理論値と同様な傾向を示した。

論文

Development of beam current stabilization system using wire type beam attenuator

大越 清紀; 千葉 敦也; 水橋 清; 田島 訓

JAERI-Review 2004-025, TIARA Annual Report 2003, p.324 - 325, 2004/11

原研高崎TIARAでは多目的な実験を行うために多種類のイオン発生を行っているが、イオン種によっては長時間安定に発生することが困難なものもある。ビーム電流の変動は照射量誤差の原因を引き起こすため、常時安定したビーム電流で照射することが望まれている。このため、われわれはビーム電流を常時一定にするためのワイヤー型連続可変減衰器を用いたビーム電流安定化システムの開発を行った。本減衰器はビームに挿入するワイヤーの粗密によりビーム電流を減衰するものであり、中空円筒状の曲面の両側に開口部を設け、そこに徐々に間隔を狭めるようにワイヤーを配置した構造になっている。ワイヤーは、最初の30mm部分は設置せずに100%透過できるようにし、そこから10mmごとに5本,10本,15本そして20本とワイヤー間隔を狭めて配置した。減衰器を減衰方向へ回転させるとビームに挿入するワイヤーが増え、ビーム形状を維持しながら減衰率をほぼ直線的に大きくすることができる。実際に減衰器をターゲット前に設置し、コンピュータの比較回路によって制御した結果、変動率26.7%/10minだったビームをほぼ$$pm$$3%(設定値1$$mu$$A)以内の安定したビームにすることができた。

論文

Operation and maintenance for JAERI AVF cyclotron system

中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 福田 光宏; 奥村 進; 横田 渉; 荒川 和夫; 宮脇 信正; et al.

KEK Proceedings 2003-19, p.8 - 13, 2004/03

日本原子力研究所高崎研究所のTIARA施設は、材料科学やバイオ技術などの広範な研究を進展させるために建設された。TIARAに設置されている4台のイオン加速器のうちの1つであるAVFサイクロトロン装置は、1991年3月でのファーストビームの引き出し以来、特に深刻な故障もなく順調に運転されている。年間の運転時間は、最新8年間での平均で約3200hである。特にサイクロトロン装置は、実験者からの多様なイオン種の要望に応じて、頻繁な運転条件の変更が必要となっている。一方イオンビームの強度,品質及び信頼性等を改善するため、われわれはこれまで数多くの改造や開発を継続して実施してきている。それらのうちの幾つかの内容は、制御系システムの更新,イオン源の増強,数シリーズのカクテルビームにおける加速技術の開発,サイクロトロンビームの安定化及び励磁コイルを持つグラジエントコレクターの設計、等々である。さらに、われわれは現在フォーカス型で1ミクロンのマイクロビームを形成するためのさまざまな対策、例えばフラットトップ加速システムの導入,サイクロトロン中心領域の改造,ビーム輸送系基幹ラインへの精密マイクロスリットの設置、などを進めている。

論文

An Operator assistance system for beam adjustment of JAERI AVF cyclotron

上松 敬; 荒川 和夫; 奥村 進; 中村 義輝; 田島 訓

KEK Proceedings 2003-19, p.27 - 29, 2004/03

サイクロトロンの運転操作では、引出しビームが最大になるように何十ものパラメータの調整が必要である。経験豊かなオペレーターは、その経験と直観力で試行錯誤によってこの処理をする。しかし、オペレータはビームの測定データや機器のアラームや状態のようなわずかな情報によってパラメータ調整をする必要があり、未熟者にとってビーム調整は難しい。われわれはJAERI-AVFサイクロトロンのためにコンピュータベースの可視化援助システムを開発した。支援システムは次のようなCRT表示を行う: サイクロトロンのビーム軌道,設定可能領域,調整履歴,ビーム調整パラメータを最適化するために設計された外部ビーム輸送のビームエンベロープ。支援システムの評価実験を行った結果、サイクロトロンの入射領域でのビーム条件を達成させるための操作時間はおよそ65%減らされた。また、支援システムはビーム輸送、例えばビームの軌道,エンベロープ,プロファイル,スポットサイズ,その他の問題を調査するために非常に役に立つ。

論文

TIARA静電加速器施設の現状

大越 清紀; 高田 功; 水橋 清; 宇野 定則; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 田島 訓

第16回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.36 - 39, 2004/02

TIARA静電加速器施設の3台の加速器の平成14年度における運転時間は、3MVタンデム加速器,3MVシングルエンド加速器及び400kVイオン注入装置について、それぞれ2,066時間,2,475時間及び1,839時間であり、トリプル照射等の複合利用,マイクロビーム照射等の放射線高度利用研究に使用された。タンデム加速器では加速電圧の安定性向上のため、ペレットチェーンモータ回路にインバータを取付ける等の対策を行った。また、イオン注入装置ではフラーレンイオン(C60)の生成・加速試験を行い、350keVで約2$$mu$$A生成することに成功した。本研究会では、各加速器の平成14年度における運転,整備及び利用状況について報告する。

論文

加速電圧検出用分圧抵抗の改良

宇野 定則; 田島 訓; 高田 功; 高山 輝充*; 江夏 昌志*; 森谷 義則*; 海老名 哲也*

第16回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.75 - 79, 2004/02

原研高崎の3MVシングエンド加速器は、加速電圧を220個の抵抗により分圧して検出を行い、加速電圧制御装置のフィードバック信号に用いている。この抵抗は、温度係数が50ppm/$$^{circ}$$Cの精密抵抗であり、この加速器で安定した高電圧を発生させるための重要な部品の一つである。しかしながら、この抵抗は加速電圧を2.8MV以上に昇圧した際に起こる加速器本体内の放電により、抵抗値の劣化が幾度も見られた。そして、抵抗値の劣化が一度発生すると、抵抗の耐電圧も奪われてしまうため、最大加速電圧の低下や電圧不安定の要因となり、加速器の実験利用を中止することに繋がってしまった。そのため、加速電圧検出抵抗の放電に対する耐久性を向上させるために改良を重ねた結果、無誘導型抵抗により劣化は全く確認できなくなり耐放電性が著しく向上した。

論文

ワイヤー型ビーム減衰器によるビーム電流安定化技術の開発

大越 清紀; 千葉 敦也; 水橋 清; 田島 訓

第17回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.138 - 140, 2004/00

原研高崎TIARAでは多目的な実験を行うために多種類のイオン発生を行っているが、イオン種によっては長時間安定に発生することが困難なものもある。ビーム電流の変動は照射量誤差の原因を引き起こすため、常時安定したビーム電流で照射することが望まれている。このため、われわれはビーム電流を常時一定にするためのワイヤー型連続可変減衰器を用いたビーム安定化システムの開発を行った。連続可変減衰器は、ビームに挿入するワイヤーの粗密によりビーム電流を減衰するものであり、中空円筒状の曲面の両側に開口部を設け、そこに徐々に間隔を狭めるようにワイヤーを配置した構造になっている。ワイヤーは、最初の30mm部分は設置せずに100%透過できるようにし、そこから10mmごとに5本,10本,15本そして20本とワイヤー間隔を狭めて配置した。減衰器を減衰方向へ回転させるとビームに挿入するワイヤーの本数が増え、ビーム形状を維持しながら減衰率をほぼ直線的に大きくすることができる。実際に減衰器をターゲット前に設置し、コンピュータの比較回路によって制御した結果、変動率26.7%/10minだったビームをほぼ$$pm$$3%(設定値1$$mu$$A)以内の安定したビームにすることができた。

論文

薄膜を透過させた炭素クラスターイオンの計測

千葉 敦也; 齋藤 勇一; 田島 訓

第17回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.89 - 92, 2004/00

現在、われわれの施設では構成原子数の比較的小さな8種類のMeV級クラスターイオンが加速可能になっており、クラスターイオンと物質との相互作用をはじめとする、MeV級クラスターイオンの照射効果や基礎的な衝突現象が徐々に解明されつつある。高速度領域における重イオンの激しい衝突効果はさまざまな計算や実験から実証されてきているが、原子が複数個結合したクラスターイオンでは、その衝突現象を解明するためには入射原子同士の相互作用など集団的振る舞いも考慮する必要があり、より複雑になる。重イオンが物質と衝突する際、核的であるか電子的であるかといった部分に限っても、単原子イオンの場合は、そのイオンの速度により大別できるのに対し、クラスターイオンの場合は速度に加え、構成原子数,幾何学的構造やその構造体の物質への入射角度なども考慮しなければならない。そこで、幾何学的構造の選定と入射角度の制御を目標とした技術開発を行っていく必要がある。今回は究極の目標に向けての足がかりとして、クラスターの構造や入射角度などの同定を視野に入れ薄膜を通したクラスターイオンの動向と薄膜透過後の平均電荷の計測を試みた。平均電荷測定では、計算理論値とほぼ同様な傾向を示すことを確認した。

論文

TIARA静電加速器の現状

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 田島 訓

第17回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.5 - 8, 2004/00

平成15年度のTIARA施設3台の静電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、1988時間,2290時間,1773時間であった。これら3台の加速器の運転時間の差はイオン源の複雑さや発生するイオン種数に依存している。また、3MVタンデム加速器の現状について報告する。

論文

Development of emittance measurement device using illuminant with thin scintillator

千葉 敦也; 石井 保行; 田島 訓

JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.327 - 329, 2003/11

本装置は何段にも孔の開いた多孔型スリットとシンチレータシート及びCCDカメラから構成されている。シンチレータシートにスリットを通過したイオンビームを照射し、縞状に発光した像をカメラで計算機に取り込み、その画像データを解析してエミッタンスを算出する。シンチレータシートと発光体は一体となり、ビーム軸方向にスライドする機構になっており、複数の位置で発光像を取り込むことで測定精度を増している。測定時間は20秒程度であるため、わずかな時間で変動するビームにも対応している。さらに、システムが単純で規模が小さいため手軽にエミッタンスの測定が望める。

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。

論文

Study of the beam meander at JAERI cyclotron

上松 敬; 福田 光宏; 中村 義輝; 石堀 郁夫; 奈良 孝幸; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 吉田 健一; 荒川 和夫; et al.

JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.315 - 316, 2003/11

サイクロトロンのマイクロビーム及び他のビームラインにおいてイオンビーム蛇行は重要な問題である。その主な原因はビーム光学軸からの位置のズレと角度のズレである。HZマイクロビームラインでのビーム蛇行を評価した結果、サイクロトロン出口での3mmのビームの位置のズレがビームラインでは60mmの蛇行になっていることがわかった。この原因はマグネットの沈下であり、既に高さの修正を行った。さらに、サイクロトロン引出し系にステアリングマグネットを設置し水平方向の蛇行を緩和した。まだ、水平及び垂直平面においてビーム蛇行が存在するが、原因の究明と計測方法と改善方法を検討する予定である。

論文

画像解析型エミッタンスモニタの開発

千葉 敦也; 石井 保行; 田島 訓

第15回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.74 - 76, 2003/03

本研究では静電加速器に搭載されるイオン源のエミッタンスを簡単に短時間で測定できる装置の開発を目指す。一般的なエミッタンスの測定では、スリットを用いてピンホール状の孔を作り、この孔をビームに対して縦断するようにわずかずつ機械的に移動させ、スリット後方に配置した検出器により、この孔の位置とビームの発散角度を測定する。この方法ではスリットの細かな移動が必要とされ測定に時間がかかる。発生ビームは絶えず微妙に変化しているため正確なエミッタンスは得にくい。そこで図に示すように今回開発する装置では、多連スリット通過後のビームを発光体に入射し、縞状に発光した像をCCDカメラで画像化したものをパーソナルコンピュータ(PC)上に取り込み、この画像を数値解析することでエミッタンスを見積もる。取り込む画像に像を加えることで発散角の制度を増すことも可能である。この方法の場合、一般的な装置のようなスリットを移動させながらの測定を必要とせず、x軸及びy軸の各一組の多連スリット像でエミッタンスを評価するので、短時間にデータ(画像)を収集でき、ビーム電流の時間的変動を考慮する必要がない。

論文

TIARA静電加速器施設の現状

水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 神谷 富裕; 高田 功; 田島 訓

第15回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.33 - 35, 2003/03

TIARA静電加速器施設の3台の加速器の平成13年度における運転時間は、3MVタンデム加速器,3MVシングルエンド加速器,400kVイオン注入装置について、それぞれ2036時間,2419時間,1859時間であり、トリプル照射等の複合照射利用,マイクロビーム照射等の放射線高度利用研究に使用された。なお、今期、タンデム加速器に既設のイオン源に加え重イオン源が1台増設された。研究会では、各加速器の平成13年度における、運転,整備の状況等について報告する。

論文

TIARA静電加速器施設の現状

高田 功; 水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 中嶋 佳則; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 神谷 富裕; et al.

JAERI-Conf 2000-019, p.46 - 49, 2001/02

TIARA静電加速器施設の現状と題して、平成11年度における3台の静電加速器の運転時間、利用の形態及び整備状況等について報告する。また、現在各加速器が抱えている問題点等についても言及する。さらに、3台の加速器の設置以来の運転時間が10000時間に到達したこともあり、この間に実施した主要機器の交換、改造、改良等を紹介するとともに今後の更新計画等も併せ報告する。

論文

MeVクラスターイオン開発と照射効果

齋藤 勇一; 水橋 清; 田島 訓; 荒川 和夫; 平田 浩一*; 小林 慶規*

JAERI-Conf 2000-019, p.93 - 96, 2001/02

MeVクラスターイオンの照射は単原子イオンのそれと比較して、大きな運動量を局所的に付与することができるので非線形な効果が現れ、材料開発等への応用が期待される。そこで、われわれはタンデム加速器を利用したクラスターのMeVエネルギーへの加速及びそれらと標的材料との相互作用の研究を行っている。今回、新たに酸化鉄(FeO)イオンをMeVエネルギーに加速することに成功した。また、標的との相互作用の研究では、炭素クラスターイオン(C$$_{2}$$~C$$_{4}$$)照射と炭素単原子イオン照射で損傷形成量に違いのあること、及び金クラスター(Au$$_{2}$$~Au$$_{4}$$)照射により標的表面からの2次正イオンが増加することを確認した。

論文

Acceleration of cluster and molecular ions by TIARA 3MV tandem accelerator

齋藤 勇一; 水橋 清; 田島 訓

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 452(1-2), p.61 - 66, 2000/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:21.36(Instruments & Instrumentation)

ホウ素、炭素、酸素、アルミ、シリコン、銅、金、フッ化リチウム及び酸化アルミのクラスターまたは分子イオンビームを3MVタンデム加速器を用いてナノアンペアの強度でMeVエネルギーに加速することに成功した。これらのクラスタービームはセシウムスパッター型負イオン源で生成される。スパッターカソード中の試料密度を変えてイオン生成テストを行った結果、高密度カソードがクラスターイオン生成に適していることが判明した。また、タンデム加速器で加速するときの荷電変換ガス圧と各イオンのクラスター透過効率を詳細に調べた結果、酸化アルミの2価イオンを確認した。

論文

Prolongation of a filament lifetime by using SF$$_{6}$$ plasma method

大越 清紀; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 酒井 卓郎; 田島 訓

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.1174 - 1176, 2000/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

フリーマンイオン源は、フィラメントがプラズマ中に設置されているため消耗が激しく、寿命が短いという問題があった。われわれは高融点物質のイオン化のためのSF$$_{6}$$プラズマ法を応用して、フィラメントの長寿命化技術を開発した。SF$$_{6}$$ガスでプラズマを生成するとフィラメントが太くなる現象が起きるため、この付着物を分析したところプラズマ室構造材のモリブデンであることがわかった。このことからプラズマ生成用ガスにSF$$_{6}$$とArの混合ガスを使用し、SF$$_{6}$$プラズマによる付着量とArプラズマによる消耗量をバランスさせることで、フィラメントの寿命を飛躍的に延ばすことに成功した。これまで行っていた従来法(Arプラズマ)でNbイオンを5$$mu$$A発生されると寿命は約6時間であったが、今回開発した方法ではNbイオンを10$$mu$$A発生させて約86時間運転しても、ほとんどフィラメントの消耗はなかった。

論文

Production of Ce negative ions by Cs sputter ion source

齋藤 勇一; Yotsombat, B.*; 水橋 清; 田島 訓

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.955 - 957, 2000/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.6(Instruments & Instrumentation)

Csスパッタ負イオン源を用いて安定に酸化セリウムを生成することに成功した。セリウムを含むランタノイド系元素は蒸気圧が低く仕事関数が小さいため、Cs1次イオンを生成するアイオナイザーに付着し、そのイオン化性能を低下させる。われわれはスパッタカソードを2重構造にすることでこれを解決した。カソードに酸化セリウムを詰め、その上をタングステンで覆いそこに2mm程の穴をあけた。これにより、スパッタされるセリウムの立体角が小さくなり、アイオナイザーへの付着が少なくなった。また、タングステンによりアイオナイザー(タングステン製)の修復も同時に行われる。これにより200mA以上の負イオン電流が安定に得られた。

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