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.

Development of a high current H ion source for cyclotrons

衛藤 晴彦*; 青木 康*; 三堀 仁志*; Arakawa, Y.*; 密本 俊典*; Yajima, S.*; 桜庭 順二*; 加藤 隆典*; 奥村 義和

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02B107_1 - 02B107_3, 2014/02

https://doi.org/10.1063/1.4827577

医療用サイクロトロンの大電流化が、ガン治療や医療用アイソトープ製造などの用途に必要とされており、そのためにサイクロトロン用負イオン源の大電流化が必要である。多極磁場型の負イオン源を新たに設計、製作し、試験を行った。フィルター磁場強度や引出電極などの最適化を行い、ごく少量のセシウムを負イオン源に添加した状態で、16mAの直流負イオンビームを安定に得ることができた。プラズマ源のアークパワーは2.8kWと低く、長時間の運転が可能である。

イオンマイクロサージェリー治療用ペンシルビーム形成システムの検討

荒川 和夫; 及川 将一*; 島田 博文*; 神谷 富裕; 中野 隆史*; 遊佐 顕*; 加藤 弘之*; 佐藤 隆博; 上松 敬; 柏木 啓次; et al.

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.279 - 281, 2007/00

サブミリサイズに集束したイオンビームを用い、微小な病変部位を高精度で治療する技術はイオンマイクロサージェリー治療と呼ばれている。本研究では、脳下垂体腫瘍と眼疾患である加齢黄斑変性症を想定症例として、イオンマイクロサージェリー治療用ビーム形成システムを検討した。イオンマイクロサージェリー治療には、ビーム径0.1mmから1.0mmの平行度の高いペンシルビームの形成が要請されている。そこで、ペンシルビーム形成システムとして、ビームのエミッタンスを規定する2組のスリットシステム,エネルギー分析機能を有する2台の45偏向電磁石,3連四重極電磁石等から構成され、アイソセンターにおいて1:1で結像するようなテレスコピックな系を検討した。TRANSPORTコードを用いてイオン光学計算を行い、ペンシルビーム形成に必要な電磁石等の必要数量とその最適配置を求めた。さらに、加齢黄斑変性症に対する照射位置決めシステムを検討するとともに、重イオンビーム照射実験により眼底造影剤からの誘起蛍光画像の観測とスペクトルの計測に成功した。

An Energy spread minimization system for microbeam generation in the JAERI AVF cyclotron

福田 光宏; 倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 神谷 富裕; 及川 将一*; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.33 - 36, 2003/09

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)01012-7

数百MeVの重イオンマイクロビームはバイオ研究に必要とされる重要なプローブである。原研AVFサイクロトロンでは、生体機能解明研究に適した260MeV Neマイクロビームのシングルイオンヒット技術の開発を行っている。ビーム径1mのマイクロビームを生成するためには、集束レンズでの色収差の影響を最小限に抑えるようにビームのエネルギー幅をE/E=0.02%にする必要がある。サイクロトロンビームのエネルギー幅は加速電圧波形と位相アクセプタンスに依存し、正弦波を用いた従来の加速法では0.1%が通例である。第5高調波電圧を基本波電圧に重畳することによりエネルギー利得の均一化に必要なフラットトップ電圧波形を作ることができ、エネルギー幅の最小化が実現される。そこで、既設の基本波共振空洞に連結し、基本波周波数の5倍の周波数帯域(55-110MHz)の第5高調波を発生させるための同軸型共振空洞を設計・製作した。パワー試験において、ディー電極の端部に設置した加速電圧ピックアップ電極からの信号をモニターすることにより、第5高調波電圧が基本波電圧に正常に重畳されていることを確認した。

Design of the flat-top acceleration system for the JAERI AVF cyclotron

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

AIP Conference Proceedings 600, p.303 - 305, 2001/00

https://doi.org/10.1063/1.1435260

原研高崎AVFサイクロトロンでは、フラットトップ加速の実現に向けて共振器の改造を検討している。フラットトップ加速とは、一時的ではあるが加速電圧を均一化することによりビームのエネルギー幅を縮小させるものである。原研高崎においてフラットトップ加速を実施する目的は、高エネルギーマイクロビーム形成やサイクロトロン本体の放射化低減等である。フラットトップ加速電圧を得るために、5倍高周波を用いた。5倍の高周波を基本波と同時に励振させるためには、共振器に5倍波用の空洞を新たに付加する必要がある。予備的なモデル試験を行った結果、基本波周波数11、13、15、20MHz においてフラットトップ電圧波形を確認することができた。また、基本波加速電圧30kV時に必要とされる5倍波の消費電力は約1kWであることが分かった。5倍波空洞を共振器に取り付ける空間を広く確保することが難しいため、可能な限りコンパクトな空洞にすることが設計段階において要求される。また、消費される電力も小さいほど良い。この2点を考慮して空洞の最適形状を検討するために、電磁場解析コード MAFIAを用いて計算を行っている。

大型炉特性解析法の研究

竹田 敏一*; 上出 英樹*; 宇根崎 博信*; 錦織 毅夫*; 佐々木 良明*; 辻本 恵一*; 荒川 恵史*; 馬野 琢也*; 鈴木 隆之*

PNC TJ265 85-01, 197 Pages, 1985/03

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本報告書は次の五部から構成されている。 第一部:ZPPR-13Aの実験解析におけるマルチドロワ効果 第二部:制御棒均質化手法の改良 第三部:CADENZA追加実験解析 第四部:輸送摂動計算における差分法の改良 第五部:ZPPR-9炉心での断面積アジャストメント 第一部:ZPPR-13Aの実験解析におけるマルチドロワ効果 ZPPR-13A炉心の燃料ドロワと内部ブランケットドロワの干渉効果を取り入れる手法としてマルチドロワモデルを採用し,Keff,反応率比,反応率分布及びNaボイド反応度価値に対する補正量を計算した。 第二部:制御棒均質化手法の改良 オフセンターの制御棒の実効均質断面積をスーパーセル表面からの正味中性子流を考慮して計算する方法を導出した。この手法は,スーパーセル表面でのアルベドを用いる方法にくらべ実効均質断面積が発散する事がなく,安定した方法である。 第三部:CADENZA追加実験解析 ピンープレート炉心の核特性予測精度を調べるため,Zebra2225炉心のピン,プレート体系におけるKeffのC/E値をJES3-J2断面積セットにより計算し,その違いについて検討した。第四部:輸送摂動計算における差分法の改良 輸送計算に基づく直接計算並びに輸送摂動計算より得られる反応度のくい違いについて検討した。この差はXY体系では生じないがRZ体系で生じる。この原因はXY体系では両方式の差分式が同一となるが,RZ体系では異なることに基づく。RZ体系の両方式の整合性を取るため,輸送摂動計算に付け加えるべき補正項を導出する。この補正項の大きさをNaボイド反応度に対する数値計算により検討する。 第五部:ZPPR-9炉心での断面積アジャストメント ZPPR-9炉心の核特性のC/E値を基としてJES-3-J2断面積セットより作成した16群ミクロ断面積のアジャストメントを行った。アジャストメント後の核特性のC/E値は一般によくなり,特に制御棒ワース,反応率分布のC/E値の空間依存性が下記のように少なくなった。 制御棒ワース4.1%-1.2% 239Pu(n,f)反応率分布3.2%-1.7%

小さな癌を切らずに治すイオンマイクロサージェリー治療技術

荒川 和夫; 福田 光宏*; 島田 博文*; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 上松 敬; 柏木 啓次; 奥村 進; 倉島 俊; et al.

no journal, , 

脳下垂体腫瘍,脳動静脈瘤及び加齢黄班変性症を対象症例として、イオンマイクロサージェリー治療照射に必要なビームサイズ,体内患部位置(深さ),患部の大きさ,照射線量,照射回数などの検討、及び炭素イオンの必要エネルギー,粒子数,ビームスポットの体内での拡がり,エネルギー幅の拡がり等の物理的な検討を行った。さらに、マイクロサージェリー治療照射ビームラインのイオン光学計算を行い、ビーム径100m1mmの平行度の高い0.11.0mmのペンシルビームを形成する解を得るとともに、四重極電磁石,偏向電磁石,レンジシフターなどの構成要素とその最適配置位置を得た。照射技術として、レンジシフターとビームスキャニング電磁石の組合せにより、脳下垂体腫瘍等頭頚部内の深部を精密に照射するためのディスクリートスポットスキャニングシステムと重イオンビーム誘起蛍光測定法を用いた加齢黄班変性症に対する照射位置決めシステムを検討した。