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雨倉 宏*; Chettah, A.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.1786_1 - 1786_10, 2024/02
高い電子的阻止能領域の照射条件で高エネルギー重イオンを固体に照射すると、イオンの飛跡に沿って潜在イオントラックと呼ばれる柱状の損傷領域が形成される。イオントラックは、多くの物質中で形成されていることが知られているが、ダイヤモンドにおいて観察された例は皆無であった。高エネルギー(GeV)のウランイオンにおいてさえ、観察された例はない。本研究では、2-9MeV C
フラーレンイオンを照射したダイヤモンドにおいて、初めてイオントラックが観察された。高分解能電子顕微鏡による観察により、イオントラックの内部がアモルファス化していることが示唆され、さらに、電子エネルギー損失分光法による分析によって、グラファイト由来の
-結合の信号が検知された。分子動力学法に基づく計算シミュレーションで、上記の実験結果を再現することに成功した。
雨倉 宏*; Toulemonde, M.*; 鳴海 一雅*; Li, R.*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; 石川 法人; 大久保 成彰; et al.
Scientific Reports (Internet), 11(1), p.185_1 - 185_11, 2021/01
被引用回数：12 パーセンタイル：75.03(Multidisciplinary Sciences)シリコンへ6MeV Cイオン照射すると直径10nmのイオントラック損傷が形成されることを見出した。これは、従来知られているイオンエネルギーしきい値(17MeV)よりもはるかに低いエネルギーである。従来知られているような電子的阻止能に由来したイオントラック形成メカニズムだけでは説明できず、それだけでなく核的阻止能に由来した効果も存在する可能性を示唆している。
薄井 絢; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 織茂 貴雄*; 金井 信二*; 青木 勇希*; 橋爪 将司*; et al.
第28回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.117 - 119, 2015/12
原子力機構高崎量子応用研究所のイオン照射施設(TIARA)の3MVタンデム加速器、400kVイオン注入装置、3MVシングルエンド加速器の平成26年度における運転と整備の状況を報告する。シングルエンド加速器は、昇圧系トラブルによる2日間の研究利用運転の中止があったが、他の2台は、平成26年度に続き100%の稼働率を維持した。また、タンデム加速器はCoイオン(~12MeV, 3価)を新たに利用可能イオン種に加えた。タンデム加速器では、ターミナルの電圧安定度が極端に低下(1E-4以下)する現象について対策を講じた。加速電圧は、高電圧ターミナルの電圧測定値と電圧設定値の差分をもとに、ターミナルに蓄積される電荷量を制御することで安定に保たれる。電圧安定度の低下は、加速器のグランドベース(フレーム)から電源アースやCAMAC電源筐体を経由して電圧設定値の信号に誘導される100Hzの電源高調波ノイズが原因であると分かった。そこで、絶縁シートを用いて電源筐体とフレームの電気的絶縁及び電源アースの切り離しを試みた。その結果、電圧設定値の信号に誘導されていた100Hzのノイズが減少し、電圧安定度は2E-5程度に回復した。
湯山 貴裕; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 石坂 知久; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 宮脇 信正; et al.
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.302 - 304, 2015/09
日本原子力研究開発機構のイオン照射施設TIARAでは4台の加速器により、材料・バイオ技術の研究開発への利用を主として、広範囲のエネルギー及び多様なイオン種のビームを提供している。本発表では2014年度のTIARAの稼働状況、保守・整備及び技術開発を報告する。保守・整備及び技術開発の主要な内容を以下に示す。サイクロトロンの高周波系において、ショート板用接触子に焼損が発生したため、接触子の交換及び焼損箇所の研磨を行うことで復旧させた。原因調査の結果、経年劣化によりフィードバックケーブルが断線しかかっていたため、不必要な高電圧が印加されたことが原因と判明した。サイクロトロン制御システムに関して、サポートが停止されたWindows XPをWindows 7に変更し、これに伴い制御システムを更新するとともに、トレンドグラフのログデータ保存機能、操作画面上の制御対象一括選択機能の付加など、各種機能を向上させた。Cイオンビームの計測に関して、複雑な二次荷電粒子を生成するCイオンビームの正確な電流測定のために、サプレッサー電極の構造を改良することで二次荷電粒子を十分捕集するファラデーカップを開発した。
齊藤 徹; 大久保 暁一*; 泉 敬介*; 大川 慶直*; 小林 宣博*; 山崎 亨; 河野 勝己; 礒野 高明
低温工学, 50(8), p.400 - 408, 2015/08
アラミド繊維強化プラスチック(AFRP)は軽量、かつ高強度の長所を有する構造材料として開発されてきた。本研究においては、室温、液体窒素温度(77K)と液体ヘリウム温度(4.2K)中における、鉄筋代替コンクリート補強材として用いられる市販品のAFRPロッドの引張強度を評価するために、張力試験を行った。これまでは極低温環境下での試験において、試験片がつかみ部ジグをすり抜ける現象か生じるため、引張試験を実施することは困難であった。そのため、AFRPロッドの滑りを防ぐために、ジグに樹脂を充填して行った。また、グリップジグを改良し、ロッドの表面処理を行い、AFRPロッドのグリップ力を高めるために極低温用エポキシ樹脂を使うことによって、適切な引張試験条件を確立させた。各温度環境下での引張強さは1100MPa以上を示し、さらに、試験温度の減少に伴いヤング率が増加する温度依存を示した。ヤング率の増加の要因はアラミド繊維がエポキシ樹脂より支配的であることを確認した。
薄井 絢; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 織茂 貴雄*; 金井 信二*; 青木 勇希*; et al.
第27回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.118 - 121, 2015/03
平成25年度の原子力機構高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)の3MVタンデム加速器、400kVイオン注入装置、3MVシングルエンド加速器はマシントラブルによる実験の中止がなく、年間運転計画に対する稼働率は100%であった。年度末に補正予算を用いて老朽化した装置の更新を行うため、2月末までに土曜日を利用するなど、年間運転計画を前倒しすることで年度当初に計画した研究利用時間を確保した。各加速器の運転時間は、それぞれ例年並みの2,062時間, 2,320時間, 1,866時間であった。また、タンデム加速器は10月に総運転時間40,000時間を達成した。タンデム加速器では、断続的にターミナルの電圧安定度が極端に低下する現象が起こっている。その原因は、GVMアンプ, CPOアンプ及びターミナルポテンシャルスタビライザ(TPS)等のフィードバック制御に関わる機器の異常ではなく、TPSに入力信号に生じる50
100Hzの周期的な電圧変動にあることが判明した。この電圧変動は建屋や周辺機器からのノイズによるものではなかったため、他の原因と考えられるCAMAC電源の電圧変動との関係を今後調査する。
山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 的場 史朗; 千葉 敦也; 横山 彰人; 薄井 絢; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 宇野 定則
JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 159, 2014/03
TIARA静電加速器において平成24年度に行った技術開発の成果を報告する。タンデム加速器ではクラスターイオン用荷電変換ガスの探索のために、0.24V
-0.34(V: Borh velocity)のエネルギー範囲でAuクラスターイオンとHe及びN
ガスとの衝突によるクラスターイオンの解離断面積を評価した。その結果、解離断面積は実験の範囲ではエネルギー依存性がなく、クラスターサイズ及びガスの種類に依存することがわかった。シングルエンド加速器では、平成23年度までに開発したエミッタンス測定装置を用いて、RFイオン源の引出電圧とエミッタンスの関係を測定した。その結果、1MeVプロトンビームでは、引出電圧が8.4kVのときに最も良いエミッタンスが得られることがわかった。イオン注入装置では、クラスターイオン用ファラデーカップ(FC)の小型化のため、底面に針を敷き詰めることで等価的にアスペクト比を高くしたFCを試作した。本FCを用いてフラーレンイオンの電流測定試験を行った結果、高いアスペクト比を有するFCと同等の測定値が得られたことから、本手法がクラスターイオン用FCの小型化に有用であることがわかった。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 奈良 孝幸; et al.
JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 179, 2014/03
平成24年度の3台の静電加速器は、ユーザのキャンセルを除きほぼ年間計画に沿って運転された。運転日数はタンデム加速器で171日、イオン注入装置で149日、シングルエンド加速器で168日であり、年間の運転時間は各々2,073時間, 1,847時間, 2,389時間で例年と同水準の運転時間であった。平成21年度から新たに創設され、実施機関として採択された文部科学省補助事業の「先端研究施設共用促進事業」では、11日の利用があった。タンデム加速器では故障による停止はなかったが、イオン注入装置ではイオンの生成不良で1日、シングルエンド加速器ではタンク内のイオン源ガス流量調整バルブの故障により4日停止した。イオン注入装置では、高速クラスターイオン研究開発グループからの要望で水素化ヘリウム(HeH)の分子イオンの生成試験を実施し、ビーム強度は200kVで50nAであった。タンデム加速器では、核融合炉構造材料開発グループからの要望でタングステン(W)イオンの加速試験を行い、15MeV、4価で20nAのビームが得られた。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 薄井 絢; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 織茂 貴雄*; 金井 信二*; 青木 勇希*; et al.
第26回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.79 - 81, 2013/07
2012年度のTIARAの3台の静電加速器は、ユーザーによるキャンセルを除き予定した研究利用日数の運転を行った。この年の年間運転時間は例年と同じ水準であり、3MVタンデム加速器で2,073時間、400kVイオン注入装置で1,847時間, 3MVシングルエンド加速器で2,389時間であった。タンデム加速器では故障はなかったが、イオン注入装置ではイオンの生成不良、シングルエンド加速器ではイオン源ガス流量調整弁の故障により、それぞれ1日と4日停止した。故障により中断した実験については調整日に補てんした。イオン注入装置では利用者からの要望により、フリーマンイオン源で水素化ヘリウムの分子イオンビームを生成した。この結果、200kV, 50nAのビーム強度で、研究利用への提供を開始した。
山田 圭介; 千葉 敦也; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 宇野 定則
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 155, 2013/01
TIARA静電加速器において平成23年度に行ったビーム発生及び照射技術開発の成果を報告する。タンデム加速器では、クラスターイオン用荷電変換ガスの探索のために、0.065-0.750MeV/atomの炭素クラスターイオンとHe, N,及びXeガスとの衝突によるクラスターイオンの解離断面積を評価した。その結果、解離断面積は実験の範囲ではエネルギー依存性がないことがわかった。また、用いたガスではHeの解離断面積が最も小さく、荷電変換ガスに適していることが示唆された。シングルエンド加速器では、既存のエミッタンスモニターに0.1mm径のCuワイヤーを用いて電流測定を行うことで、1MeV H
ビームのエミッタンスを測定した。この結果、x方向の70%エミッタンスとして1.9mm・mradの値が得られた。イオン注入装置では、クラスターイオン実験の効率化のため、ビームラインの設計・増設・ビーム輸送試験を行った。この中で、振分電磁石の交換及びビームライン機器の取り付けを完了するとともに、ビーム輸送試験では目的のビーム電流の輸送に成功した。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 奈良 孝幸; 北野 敏彦*; et al.
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 173, 2013/01
TIARAの3台の静電加速器では、2011年3月11日に発生した東北大地震の際に機械的損傷はなかった。しかし、その後の東京電力による計画停電の影響で4月下旬までは運転することができなかった。この1か月の実験時間の損失を補うために10日間の土曜日運転が追加された。その結果、年間運転時間は平年の水準を維持できた。タンデム加速器では、11.7MVでErイオンの新たな加速試験が行われ3価で20nAのビーム強度であった。イオン注入装置において利用者の要望により、2種類のフラーレンイオンによる連続生成・照射を混合試料法によってフリーマン型イオン源を交換することなく実現した。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 奈良 孝幸; 北野 敏彦*; et al.
第7回高崎量子応用研究シンポジウム要旨集, P. 119, 2012/10
TIARAの3台の静電加速器では、2011年3月11日に発生した東北大地震による損傷はなかった。しかし、その後の計画停電の影響と管理区域入域制限措置により4月下旬までは運転することができなかった。この間に損失したマシンタイムを補うために12日間の土曜日(休日)運転を追加したことで、当初に予定した年間運転計画を達成した。タンデム加速器では、タンクベースフランジからSF
ガスのリークが見つかったため、新規に角型断面のバイトン製ガスケットを設計し漏洩を防止した。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 織茂 貴雄*; 金井 信二*; 青木 勇希*; 山田 尚人*; et al.
第25回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.64 - 66, 2012/07
TIARAの3台の静電加速器では、2011年3月11日に発生した東日本大震災による損傷はなかった。しかし、その後の計画停電の影響と管理区域入域制限措置により4月下旬までは運転することができなかった。この間に損失したマシンタイムを補うために12日間の土曜日(休日)運転を追加したことで、当初に予定した年間運転計画を達成した。タンデム加速器では、タンクベースフランジからSFガスのリークが見つかったため、新規に角型断面のバイトンガスケットを設計し漏洩を防止した。イオン注入装置では、試料の混合とオーブン温度制御の工夫によりイオン源を交換することなく2種類のフラーレンイオンの生成を可能にした。
横山 彰人; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 上松 敬
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 158, 2012/01
TIARA静電加速器において平成22年度に行ったビーム発生及び照射技術の開発結果を報告する。タンデム加速器では、クラスターイオンの荷電変換ガスとの衝突による解離により、加速後のビーム電流量が単原子イオンのそれと比べて小さくなる。これを改善するために、クラスターイオンの荷電変換と解離機構を研究してきた。平成22年度は2.5MeVの炭素クラスターイオンと、ネオンガスとの衝突における解離断面積を調べた。その結果、解離断面積は10
cm
台であること、及びクラスターイオンの構成原子数に比例して大きくなることがわかった。イオン注入装置では、低エネルギー重イオンビームの形状をモニターする発光体に充分な発光強度,照射耐性を有するものがなかったため、ビーム調整が難しかった。そこで2次元のビーム強度分布を測定するために、マルチファラデーカップ(MFC)を開発し、ビーム電流量を正確に測定できるように改良を重ねてきた。平成22年度は性能試験を行い、30keVのフラーレンビームの強度分布を7.7秒の測定時間で得ることができた。シングルエンド加速器では、ナノビーム形成に必要な高輝度イオン源を開発するために、加速後のビームエミッタンスを発光体を利用して測定するエミッタンスモニターを開発したが、ビーム照射による発光体の劣化や発光量の飽和など問題があった。今後はワイヤー走査によるビーム電流値測定でエミッタンスを求め、発光体による測定結果と比較し、信頼性を確認する。
上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 横田 渉; et al.
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 173, 2012/01
平成22年度にTIARA3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はユーザーの都合で中止及び東日本大震災(2011年3月11日)の影響による中止を除いてすべて実施した。10月以降に国際原子力人材育成イニシアチブ事業による土曜日運転を実施したため、年間運転時間は平年並みで、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2116, 2367, 1800時間であった。整備では、シングルエンド加速器タンク内の高電圧ターミナルの発電機の交換を行った。また、イオン注入装置では新規ビームラインの増設を決定し、これに必要なビーム振分け電磁石を設置した。新ビーム開発においては、タンデム加速器でInイオンについて500nA程度の生成が可能となった。
山田 圭介; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; et al.
Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), 3 Pages, 2011/08
原子力機構のイオン照射研究施設TIARAが有するAVFサイクロトロン(K110),3MVタンデム加速器,3MVシングルエンド加速器,400kVイオン注入装置の2010年度の運転状況,保守・整備及び技術開発の概要を報告する。年間運転時間はサイクロトロン3343時間,タンデム加速器2115時間,シングルエンド加速器2367時間,イオン注入装置1800時間であった。サイクロトロンについてはイオン種・エネルギー変更回数234回,加速モードの変更回数55回であった。東北地方太平洋沖地震後の運転を点検及び東京電力の計画停電の影響のために中止した。地震により、サイクロトロンでは遮蔽扉のロックピンが破損した他、入射系のターボ分子ポンプが故障した。全加速器について点検後の調整運転でビーム加速・輸送に問題がないことを確認した。技術開発では、多重極磁場による大面積均一照射技術の開発を進めるために専用の照射チャンバーをサイクロトロンのビームラインに設置した。また、2009年に設置したサイクロトロンのアクセプタンス測定装置の性能試験を開始するとともに、主磁場の迅速切替え技術の開発をほぼ完了した。イオン注入装置ではクラスターイオン専用のビームラインを増設するために偏向電磁石の入れ替えを行った。新ビーム開発では、サイクロトロンで190MeV 
N
, 490MeV 
Xe
を、タンデム加速器でIn
、イオン注入装置でGd及びC
をそれぞれ加速した。
宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 上松 敬; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 織茂 貴雄*; 金井 信二*; 青木 勇希*; et al.
第24回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.125 - 128, 2011/07
高崎量子応用研究所イオン照射研究施設(TIARA)の3台の静電加速器の年間運転時間は、平成12年以降からタンデム加速器で約2000時間、イオン注入装置で約1900時間、シングルエンド加速器で約2500時間の水準を保っており、平成23年3月末までの総運転時間は、各32995時間,30675時間,39231時間である。2011年3月の東日本大震災では、3台の加速器に損傷はなかったが、その後の東京電力による計画停電により通常運転が不可能となったため、平成22年度のマシンタイムは約9日間を中止した。タンデム加速器では、インジウム(In)の加速試験を行い、500nAのビーム電流が安定に発生できることを確認した。また、イオン注入装置では、ガドリニウム(Gd)の生成試験を行い、最大400nAビーム電流が得られることを確認して実験利用を開始した。
横山 彰人; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 上松 敬
JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 175, 2011/01
TIARA静電加速器において平成21年度に行ったビーム発生及び照射技術の開発結果を報告する。タンデム加速器では、荷電変換ガスにヘリウムガスあるいは窒素ガスを使用したときのクラスターイオンの生成及び解離断面積を調べた。その結果、生成断面積は両ガスで大きな差はなかったが、解離断面積はヘリウムガスの方が小さく、ヘリウムガスは荷電変換ガスとして有効であることがわかった。イオン注入装置では、これまで低エネルギーの重イオン及びクラスターイオンの形状をモニタする発光体に十分な発光強度、照射耐性を有するものがないため、ビーム調整が難しかった。そこで、2次元のビーム強度分布を測定できるよう、深さと底面の角度が変えられる筒状の33個のFCユニットで構成されたMFC(マルチファラデーカップ)を開発した。底面の角度と深さを変えてビーム電流値を測定した結果、深さが15mm以上であれば、底面の角度に依存せず、正確にビーム電流値を測定できることがわかった。シングルエンド加速器では、ナノビーム形成に必要な高輝度イオン源を開発するために、加速後のビームエミッタンスを発光体を用いて測定するエミッタンスモニターを開発した。従来のSi0発光体では水素ビームでも損傷が激しく、発光強度分布に欠損が見られた。そこで損傷が小さく、発光量とビーム電流量に直線性のあるYAG:Ceを使用した結果、損傷は見られなかった。
上松 敬; 宇野 定則; 千葉 敦也; 山田 圭介; 横山 彰人; 齋藤 勇一; 石井 保行; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 横田 渉; et al.
JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 181, 2011/01
平成21年度にTIARA3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はユーザーの都合で中止したものを除いてすべて実施した。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2100, 2416, 1866時間と例年並であった。整備では、シングルエンド加速器の高電圧ターミナルのイオン源用発信管とSBライン制御用シーケンサが故障し新品に交換した。また、イオン注入装置ではフリーマンイオン源のオーブンコントローラの更新を行った。新ビーム開発においては、タンデム加速器でMnイオンについて150nA程度の生成が可能となった。
千葉 敦也; 宇野 定則; 山田 圭介; 横山 彰人; 上松 敬; 横田 渉; 北野 敏彦*; 高山 輝充*; 金井 信二*; 織茂 貴雄*; et al.
第23回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.119 - 122, 2010/11
各加速器のこの10年の年間運転時間は、タンデム加速器が約2000時間,シングルエンド加速器が約2500時間,イオン注入装置が約1900時間の水準を保っており、平成22年3月末までの積算運転時間は、各32,422時間, 36,864時間, 28,875時間となっている。21年度の主な整備内容は、タンデム加速器では、コロナプローブニードルをスチール材質のものからタングステン製(NPS)に交換した。これにより、ターミナル電圧は高い安定度を長時間維持できるようになった。イオン注入装置では、フリーマン型イオン源のオーブンコントロールシステムが製造中止になり、修理が困難になったため更新した。21年度はマシンタイムに影響するようなトラブルはなく、予定していた実験をすべてこなすことができた。
