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千葉 敦也; 宇野 定則; 大越 清紀; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 水橋 清
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.358 - 360, 2006/01
日本原子力研究所高崎放射線高度利用センターにある、シングルエンド加速器, タンデム加速器, イオン注入装置の3台の静電加速器における16年度のイオンビーム照射技術開発について報告する。イオン注入装置のビーム制御技術として、メッシュ状の透過型ビーム電流モニタとワイヤー型可変減衰器を組合せることで、ビーム電流を数%の変動幅で安定に供給できるシステムを確立した。また、イオン生成技術として、金属イオン等の材料への注入深さの制御範囲を拡大させるため、注入装置に搭載された小型ECRイオン源を用いて金属多価イオン生成を行っている。シングルエンドでは、マイクロビームにおいて、PCからの制御であらかじめ設定した領域に、指定した時間だけ走査照射をするシステムの開発を行った。さらに、加速器の電圧安定化に伴う、高精度な電圧安定度の測定技術として、共鳴幅(
50eV)の極めて小さな核反応によるビームエネルギー幅の測定システムを確立した。
千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.343 - 345, 2006/01
高速度領域におけるクラスターイオン照射では、媒質に与えるエネルギー密度は莫大なものとなり、ミクロな領域に高温度・高圧力状態が形成される。これはクラスターの持つ幾何学的構造やその構造体の媒質への入射角度に依存すると考えられ、照射するクラスターイオンの構造及び角度を把握することが、クラスターの衝突反応メカニズムの解明と言った基礎物理研究はもちろん、革新的表面加工技術の開発や新材料創製などの応用的研究に繋がると期待される。そこで、本研究では、高速クラスターイオンの幾何学的構造及び入射角度の測定技術の開発を行っている。今回は、炭素クラスターについて、その構造により違いがあるとされる薄膜透過後の構成原子の電荷分布を、CEI法を応用して測定した。
田口 光正; 小嶋 拓治
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.181 - 182, 2006/01
MeV/n級のC及びNeイオンを照射したフェノール水溶液におけるOHラジカル生成の微分G値を、水中で連続的に減弱するイオンエネルギーを関数とした答えを求めることによりトラック内の反応の解析を行った。今回は、OHラジカルの捕捉剤であるフェノールの濃度を変えることで、OHラジカル収率の経過時間依存性をイオンエネルギー依存性とともに検討した。この結果、イオンエネルギーあたりのG値である微分G値は、水中におけるNeイオンの比エネルギーとともに大きくなることがわかった。また、平均反応時間をそれぞれ1.5, 2.5及び15nsと変えた場合、微分G値は、イオン照射直後(1.5ns)では比較的大きな値を示したが、時間経過に伴い小さくなり
Co 
-線で得られたG値(2.7)に近づいた。この結果は、水中に局所的に生成したOHラジカルの拡散挙動を示唆している。
Chen, Z. Q.; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 境 誠司; 楢本 洋*
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.232 - 234, 2006/01
水熱合成した酸化亜鉛に対して、ドナー不純物(B,Al),アクセプター不純物(N,P,Li),自己元素(O),水素(H),ヘリウム(He)を注入した場合の、その後の熱処理に伴う欠陥構造の形成過程と消失過程を陽電子ビームに基づく陽電子消滅法と理論計算によって詳しく調べるとともに、電気特性発現との関係を研究した。その結果、特にAlイオン注入では、直径1nm程度のマイクロボイドが形成するが、1000
C以下の熱処理でそれらは完全に消失し、注入されたAlがほぼ100%電気的に活性な状態になること、及び結晶性が注入以前よりも向上することが明らかになった。Nイオン注入では、高温の熱処理後も欠陥が残留するうえ、熱的に形成されたZn欠損がN不純物によって固定され、このためN不純物はアクセプターとして活性化されない。また、理論的に期待されているNとAlの共注入でも、改善は見られない。Oイオン注入では、欠陥は速やかに回復し、その後注入層が半絶縁化することが明らかになった。Hイオン注入では、バブル形成と昇温脱離に伴い、マイクロボイドが形成することが明らかになった。
中尾 誠*; 落合 謙太郎; 久保田 直義; 佐藤 聡; 石岡 典子; 西谷 健夫
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.283 - 285, 2006/01
IFMIF加速器の構成材料であるバナジウム,鉄,ニッケル,タンタルの重陽子入射による放射化断面積の測定を行った。これにより
V(d,x)
Cr, 
Fe(d,x)
Co, Ni(d,x)
Co, 
Cu, 
Ta(d,x)
Ta反応の断面積を14-40MeVの領域で得た。これらの断面積を従来の実験値及び計算値と比較した。
佐藤 隆博; 酒井 卓郎; 及川 将一*
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.304 - 306, 2006/01
本研究の目的STIM分析によって得られた試料の厚さの情報をもとに、micro-PIXE分析における特性X線の発生量を補正することである。試料中で吸収されるX線の量を正確に見積もるためには試料の厚さを
mの精度で正確に測定する必要があるが、それはmicro-PIXE分析のみでは困難である。そこで、われわれはSTIM分析を用い、またそのデータの解析のためのコンピュータシミュレーションコードを開発した。このコードの有用性を確認するために、テスト試料として、細胞のサイズと同じくらいのイオン交換樹脂を用いてSTIM分析とmicro-PIXE分析を行った。その結果、補正前のデータではX線の吸収による間違った分布が見られたが、われわれの解析コードで補正することで、ある程度補正することができた。
笠原 三紀夫*; Ma, C.-J.*; 奥村 智憲*; 小嶋 拓治; 箱田 照幸; 田口 光正; 酒井 卓郎; 小原 祥裕
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.293 - 295, 2006/01
雲の特性を明らかにするために、神石の鉄-銅鉱山にある巨大垂直坑道を用いて人工雲の発生実験を行った。この個々の雲粒子の物理的化学的特徴を、京都大学における顕微分析とTIARA施設におけるマイクロPIXE分析を用いて調べた。雲粒子のサイズ, その分布, 粒子個数濃度、及び粒子中の塩素の分布状態変化の粒子サイズ依存性にかかわる実験結果から、雲の成長過程を明らかにした。
吉田 陽一*; Yang, J.*; 近藤 孝文*; 関 修平*; 古澤 孝弘*; 田川 精一*; 柴田 裕実*; 田口 光正; 小嶋 拓治; 南波 秀樹
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.183 - 185, 2006/01
シングルフォトンカウンティングシステムを用いて重イオンパルスラジオリシス技術を開発した。このシステムでは、溶液試料入射前に置かれた薄膜シンチレータにイオンを照射した時にシンチレータから発した光を溶液試料中に生成する初期活性種の検出光源として用いた。このシステムを用いて水中における水和電子の時間過渡吸収の測定が達成でき、これにより本技術の有用性が示された。
倉島 俊; 宮脇 信正; 奥村 進; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 奈良 孝幸; 上松 敬; 中村 義輝
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.349 - 351, 2006/01
原研AVFサイクロトロンでは、高エネルギーイオンビームの生物への照射効果や宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究をより微細な領域で行うために、集束方式のマイクロビーム形成技術によりビームスポット径及び照準位置精度1ミクロンを目指して研究開発を行っている。サイクロトロンによって加速されたビームをスポット径1ミクロンに集束させるためには、四重極レンズでの色収差の影響を考慮する、ビームのエネルギー幅を0.02%以下にする必要がある。そこで、エネルギー幅を最小化するために、加速電圧波形を最適化してビームのエネルギー利得を均一化するフラットトップ加速技術の開発を行っている。フラットトップ加速を実現するためには、一つのビームバンチを一度に取り出すシングルターン取り出しが必要条件である。シングルターン取り出しを簡便に確認するために高分解能デフレクタプローブを開発し、ネオン260MeVのビーム開発を行った結果、従来に比べて短時間でシングルターン取り出しが可能になった。また、高エネルギーのプロトンビームのフラットトップ加速も行い、従来に比べて高い引き出し効率が得られ、放射化を低減できることがわかった。
千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.343 - 345, 2006/01
近年、われわれはTIARAにおいてMeV級クラスターイオンと物質との相互作用に関して興味深い結果を得ている。これらの相互作用や物理的現象を解明するためには、クラスターの構造を明確にする必要がある。そこで、比較的小さいサイズの炭素クラスターの構造解析を目的として、Coulomb explosion imaging法を応用した測定システムを開発し、試験的実験を試みた。計算理論では、薄膜透過により解離したクラスター構成原子の平均電荷は、クラスターの構造に依存するという結果が報告されている。ここでは、本システムにより、その検証を行った。その結果、C3について、薄膜により解離した構成原子の平均電荷の構造依存性に関して計算理論と同様な結果を示すことが確認された。
千葉 敦也; 宇野 定則; 大越 清紀; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 水橋 清
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.358 - 360, 2006/01
TIARA静電加速におけるビーム発生・照射技術の開発に関する4つのテーマについて報告する。(1)透過型ビーム減衰器と透過型ビームモニターを組合せ、試料へのイオンビームの注入量を自動制御して一定に保つビーム電流安定化技術の開発を行い、ビーム電流を2%程度の誤差で長時間維持することに成功した。(2)シングルエンド加速器のマイクロビームラインに、新たな機能としてビーム走査制御用PCに設定したパターンを任意の倍率で試料上に描画照射できるシステムを開発し導入した。(3)シングルエンド加速器の電圧測定抵抗を放電の影響を受け難いと考えられる無誘導型の精密高抵抗に置き換えた。電圧測定精度や電圧安定度に変化が生じていないことを共鳴核反応を用いた測定電圧の校正及びビームエネルギー幅の測定により確認した。(4)Feイオンの生成試験を、イオン注入装置に搭載されたECRイオン源によりMIVOC法を用いて行った。その結果、6価までを1eA以上の電流で生成及び加速することに成功した。
thin films by ion irradiation鳴海 一雅; 境 誠司; 楢本 洋*; 高梨 弘毅
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.238 - 240, 2006/01
7MeV C
イオンを照射したC薄膜をX線回折法とラマン分光法を用いて評価し、イオン照射によるC固体のポリマー化の過程を調べた。ラマンスペクトルにおいては、照射量の増加に伴い、A
(2)モードのピーク収量の絶対値が減少するとともに、A(2)からH(7)にかけての低波数側の成分が相対的に顕著になった。一方、X線回折の照射量依存については、照射量の増大に伴う111, 222反射の大角度側へのシフトが観測された。これらの結果から、イオン照射に伴うC分子の分解によってC分子の絶対数は減少するが、同時に、分解せずに残ったC分子のうち、ポリマー化したものの割合は増加し、照射量が3
10
/cm
以降はその割合がほとんど変化しないこと、また、110
/cm照射後の(111)面の面間隔は、未照射の試料に比べるとポリマー化によって4%程度収縮していることがわかった。
上松 敬; 花屋 博秋
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.355 - 357, 2006/01
GAFフィルム線量計(HD-810)とPCスキャナを組合せて、イオンビームの2次元フルエンス分布を高空間分解能で測定した。この組合せにおける500Gyまでの線量応答のリニアリティーを調べた結果、RGB成分を使い分けることで広範囲な線量範囲の測定が可能であることがわかった。2次元吸光度分布測定可能な分光光度計に比べ、高空間分解能でスピーディーな測定が可能となった。これにより、TIARAにおけるサイクロトロンビームの大面積照射で発生するフルエンスの縞模様状の分布が、ビームスポット内強度分布の鋭いピークによるものであることがわかった。
奥村 進; 宮脇 信正; 倉島 俊; 吉田 健一; 柏木 啓次; 福田 光宏; 石堀 郁夫; 上松 敬; 奈良 孝幸; 中村 義輝
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.352 - 354, 2006/01
現在進行中である数百MeV級重イオンマイクロビーム形成の技術開発では、細胞内局部照射に必要な1mの照準位置精度を達成するため、4連四重極レンズを用いたビーム集束方式によるサブミクロンビーム形成を目指しており、サイクロトロンで加速されたビームのエネルギー幅
E/E(エネルギーのばらつきの割合)を従来の0.1%から0.02%に向上させる必要がある。このため、フラットトップ加速等の高度なビーム加速制御技術の開発を進め、ビームエネルギーの揃った、きれいなビーム引出(シングルターン引出)が可能となった。そこで、引き出したビームのエネルギー幅を計測するために、マイクロスリットと分析電磁石を用いたビームエネルギー幅計測システムをサイクロトロンの基幹ラインに構築した。ギャップ0.1mmのマイクロスリットを用いて、エネルギー分解能E/E=0.01%での高精度ビームエネルギー幅計測テストを実施した。
佐藤 隆博; 酒井 卓郎; 及川 将一*
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.304 - 306, 2006/01
本研究の目的STIM分析によって得られた試料の厚さの情報をもとに、micro-PIXE分析における特性X線の発生量を補正することである。試料中で吸収されるX線の量を正確に見積もるためには試料の厚さをmの精度で正確に測定する必要があるが、それはmicro-PIXE分析のみでは困難である。そこで、われわれはSTIM分析を用い、またそのデータの解析のためのコンピュータシミュレーションコードを開発した。このコードの有用性を確認するために、テスト試料として、細胞のサイズと同じくらいのイオン交換樹脂を用いてSTIM分析とmicro-PIXE分析を行った。その結果、補正前のデータではX線の吸収による間違った分布が見られたが、われわれの解析コードで補正することで、ある程度補正することができた。
横田 渉; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 酒井 卓郎; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 福田 光宏
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.291 - 292, 2006/01
高崎研究所のTIARAでは、高LET重イオンを用いた生体機能の解明や、宇宙用半導体のシングルイベント発生機構の解明等に利用するため、サイクロトロンで加速した数百MeVの重イオンビームを、4連四重極磁気レンズにより1m以下の直径に集束するマイクロビーム形成装置の開発を進めている。ビームのエネルギーの広がり(E/E)を1mの達成に必要な0.02%以下にするために、サイクロトロンにおいてフラットトップ加速を導入するとともに、主要ビームラインの再アラインメント及びビーム径計測方法の改良を行った。この結果、260MeV-Neビームを用いて、最小で2m以下のマイクロビームが形成されたことを確認した。
奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 吉田 健一; 福田 光宏; 奥村 進; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 中村 義輝; et al.
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, P. 370, 2006/01
原研AVFサイクロトロン装置は1991年のファーストビーム引き出し以来順調な運転が継続されている。利用運転開始から本年まで、また月ごとの運転実績を発表する。また、2004年度に利用されたイオン種の割合,新しく加速可能になったイオン種,整備状況も併せて報告する。
水橋 清; 宇野 定則; 大越 清紀; 千葉 敦也; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 横田 渉; et al.
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, P. 371, 2006/01
2004年度のタンデム加速器,シングルエンド加速器,イオン注入装置の運転時間はそれぞれ、1914.9時間,2490.7時間,1844.9時間であった。保守・整備では、長期間整備しなかった箇所を重点を置くとともに、タンデム加速器ではSF6ガスのリーク対策を行った。新ビーム開発では、タンデム加速器で錫(Sn)の負イオン,イオン注入装置でリチウム(Li)の正イオンを新たに加速した。技術開発では、タンデム加速器のチェーンスピードを調整する方式によって電圧安定度を1.2
2.4E-4の範囲で制御することを可能にした。シングルエンド加速器では無誘導型電圧測定抵抗を開発し、3MVの運転を安定にした。
藤浪 真紀*; 宮越 達三*; 赤羽 隆史*; 河裾 厚男; 前川 雅樹; Chen, Z. Q.*
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.235 - 237, 2006/01
Si中の銅不純物のゲッタリング効果を調べる目的で、Siウェハー表面から3MeV自己イオンを1E+15ions/cm、そして裏面からと200keVCuイオンを1E+14ions/cm注入し、自己イオン注入によって形成される欠陥層によるCu不純物のゲッタリング効果を調べた。特に、陽電子ビームを用いて、Cu不純物と原子空孔の相互作用について調べた。自己イオンのみを注入したものとその後Cuイオン注入を行ったものについて、600Cの熱処理後に陽電子消滅線のドップラー拡がり測定を行ったところ、価電子運動量分布の変化を示すSパラメータには、大きな違いは無かった。しかし、同時計数ドップラー拡がり測定による電子運動量分布において、高運動量領域には明瞭な違いが現れることがわかった。すなわち、自己イオン注入のみの場合には、原子空孔の生成による内殻電子との消滅率の減少が見られるだけであるが、その後Cuを注入を行ったものでは、Cuの内殻電子と陽電子の消滅を示す電子運動量分布が観測された。これは、自己イオン注入によって形成された原子空孔にCu不純物が捕獲されていることを示している。今後、NiやFeについても同様の研究を行う計画である。
