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論文

Demonstrations for the effect of composite electric fields of molecular ions on the motion of secondary electrons due to ion irradiation

森林 健悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.30 - 33, 2013/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.77(Instruments & Instrumentation)

Cancer therapy using carbon ions has a powerful therapeutic effect. This is based on the fact that relative biological effectiveness (RBE) of carbon ions is higher than that of protons and X-rays. A hypothesis has been proposed that clustered DNA damage is highly relevant to RBE values. However, it remains largely unknown how clustered DNA damage is generated after irradiation. We proposed and quantified that the electric field traps the emitted electrons near a radiation track, which, in turn, may lead to a clustering of DNA lesions. We have found that plasma with low electronic temperature and high density appears near the track of the incident ion in the irradiation of a carbon ion. The electrons in this plasma may more often interact with DNA which is located near the track and may produced the larger number of clustered DNA damages than the case where electric field is not considered and plasma is not formed.

論文

Modification of teflon surface by proton microbeam and nitrogen ion beam

喜多村 茜; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 小林 知洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.82 - 85, 2013/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:46.51(Instruments & Instrumentation)

The morphology of the Teflon surface was studied after two different ion beams. Many voids were observed only inside of the Teflon sample after the focused 3-MeV proton microbeam scanning. Micro-protrusions were formed in dense after keV nitrogen ion beam irradiation at the surface. The surface was smooth after proton microbeam scanning and subsequent nitrogen ion beam irradiation, because of melting due to localized temperature-rise. The morphological design can be achieved at the surface of Teflon material by combination of different ion beam irradiation.

論文

Microscopic evaluation of the absolute fluence distribution of a large-area uniform ion beam using the track-etching technique

喜多村 茜; 八巻 徹也; 百合 庸介; 澤田 真一; 湯山 貴裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.47 - 50, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

The uniform-beam formation/irradiation system has been developed at TIARA. For the evaluation of the beam uniformity, the relative intensity distribution is obtained from the optical density change of a radiochromic film. However, the absolute fluence distribution cannot be estimated easily and precisely by the radiochromic film based on radiation-induced coloration. In this study, we microscopically evaluated the particle fluence distribution using the track-etching technique, which involves irradiation of a polymer with energetic heavy ions and chemical-etching of the resultant tracks. Relative standard deviation (RSD) value for the microscopic fluence distribution of the uniform beam on the PET film was agreed well with that determined by the radiochromic film. The uniform intensity distribution was realized in our uniform-beam formation system microscopically.

論文

Ion-induced changes in semiconductor properties of hydrogenated amorphous silicon

佐藤 真一郎; 大島 武

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.153 - 157, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

Variations of semiconductor properties of undoped, phosphorous doped, and boron doped hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin films due to proton and Si ion irradiation were studied. Electric conductivity, photoconductivity (increase in conductivity due to light illumination), and Seebeck coefficient of ion-irradiated a-Si:H were investigated in detail, and their mechanisms were discussed. The electric conductivity of the undoped a-Si:H irradiated with 100 keV protons had a peak at the fluence of 5.0$$times$$10$$^{11}$$ cm$$^{-2}$$ and the Seebeck effect could be measured only in the fluence regime around the conductivity peak. This indicates that donor-centers are generated in this fluence regime.

論文

Preparation of tungsten carbide nanoparticles by ion implantation and electrochemical etching

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.149 - 152, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

本研究では、イオン注入と電気化学エッチングを組合せて、グラッシーカーボン基板上に炭化タングステン(WC)のナノ微粒子を作製した。実験では、100keV W$$^+$$をグラッシーカーボン基板に照射して注入試料を作製した後、水酸化ナトリウム水溶液中で注入試料の表面をアノード酸化によりエッチングした。試料の分析にはX線光電子分光(XPS), ラザフォード後方散乱分析(RBS), 透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた。XPS, RBSの結果から、試料中でWCが形成されていたことと、電気化学エッチングによってその高濃度導入面が表面に露出したことが確認できた。断面TEMによって直径約10nmのナノ微粒子が表層に存在している様子が観察された。

論文

Ion-track membranes of fluoropolymers; Toward controlling the pore size and shape

八巻 徹也; Nuryanthi, N.*; 越川 博; 浅野 雅春; 澤田 真一; 箱田 照幸; 前川 康成; Voss, K.-O.*; Severin, D.*; Seidl, T.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.77 - 81, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

本研究では、より速く効率的にポリフッ化ビニリデン(PVDF)イオン穿孔膜を作製することを目指し、ドイツ重イオン研究所(GSI)における"その場"かつ"オンライン"分析によって、潜在飛跡内に存在する化学種の構造や反応性を調べた。その結果、照射と同時に生成したラジカルを介して、PVDF鎖中及び切断末端の不飽和結合が主に生成することがわかった。このような飛跡内の生成物にのみ作用しエッチングを加速するための改質過程、いわゆる前処理の方法を検討した。

論文

Applied-voltage dependence on conductometric track etching of poly(vinylidene fluoride) films

Nuryanthi, N.*; 八巻 徹也; 越川 博; 浅野 雅春; 澤田 真一; 長谷川 伸; 前川 康成; 勝村 庸介*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.95 - 98, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

フッ素系高分子の一種であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなるイオン穿孔膜の形成挙動に関する研究において、コンダクトメトリー時の測定セルへの印加電圧が及ぼす影響を検討した。孔貫通に至るまでの化学エッチングは、セル電圧を高く維持することによって大きく加速されるという興味深い現象を見いだした。この現象については、穿孔内におけるエッチング溶出物の電気泳動効果に起因していると考えられる。

論文

Surface amorphization in Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ induced by swift heavy ion irradiation

大久保 成彰; 石川 法人; 左高 正雄; 實川 資朗

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.208 - 210, 2013/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:25.82(Instruments & Instrumentation)

高エネルギーキセノンイオン(70-160MeV)を照射した単結晶アルミナ試料における微細組織変化を透過型電子顕微鏡(TEM)により調べた。その結果、2.0$$times$$10$$^{14}$$ ions/cm$$^{2}$$以上の照射線量で、表面から約800nm付近まで非晶質化していることが明らかになった。また、照射線量による非晶質化の過程をX線回折により調べ、TEMの結果と比較した。TEMにより、非晶質と単結晶領域の境界に、明瞭かつ複数のイオントラック(高エネルギーイオンが通過した飛跡)がイオン入射方向と平行に観察された。イオントラックの数密度及びサイズ(径)は、入射表面からの深さとともに減少していくと考えられる。これは、非晶質化がイオントラック(非晶質か否かまだ明らかになってないが)の重畳により生じていることを示している。また、非晶質化の深さが、同程度の電子的エネルギー付与を受けた多結晶アルミナに比べて、約半分であった。これは、電子的なエネルギー付与に起因する非晶質化等の構造変化の及ぼす範囲には、平均自由行程が存在することを示唆している。

論文

Development of dual-beam system using an electrostatic accelerator for in-situ observation of swift heavy ion irradiation effects on materials

松田 誠; 遊津 拓洋; 左高 正雄; 岩瀬 彰宏*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.43 - 46, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

1台の大型静電加速器により異なる2種類のイオンビームを同時に加速し、標的の同一箇所に照射するデュアルビームシステムを開発した。デュアルビームの加速には、高電圧端子内にECRイオン源を搭載した20MVのタンデム加速器を用いる。ECRイオン源で複数の元素の多価イオンを同時に生成し、質量電荷比の同じイオンを引き出し加速することで、デュアルビーム照射を実現する。このデュアルビームシステムを用いて、165MeVの$$^{132}$$Xe$$^{11+}$$イオンと15MeVの$$^{12}$$C$$^{+}$$イオンとを同時照射することで、XeイオンによるBi-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$標的の重イオン照射効果を、Cイオンをプローブにしたラザフォード後方散乱分析法によりリアルタイムに測定することに成功した。

論文

Time-of-flight secondary ion mass spectrometry with energetic cluster ion impact ionization for highly sensitive chemical structure characterization

平田 浩一*; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 山田 圭介; 鳴海 一雅

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.39 - 42, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

Secondary ion mass spectrometry (SIMS) is one of the most powerful tools for surface analysis. Use of a time-of-flight (TOF) mass spectrometry for SIMS is advantageous in efficiently detecting secondary ions at a wider range of mass to charge ratio. We have studied on TOF-SIMS utilizing cluster ions as primary ions. Their Energy dependence to the yield of secondary ions from organic thin films was obtained in the energy range up to MeV order. As a result, it was revealed that the secondary-ion yields for organic material increased with increasing incident cluster energy in the range. This shows that cluster impacts with the energy range of up to MeV order are useful in TOF-SIMS to be applied to the high sensitive analysis of surface for organic materials.

論文

Study on ferromagnetic ordering of FeRh thin films induced by energetic heavy ion irradiation by means of X-ray magnetic circular dichroism

愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 奥田 修一*; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 中村 哲也*; 木下 豊彦*; 岩瀬 彰宏*; 松井 利之*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.99 - 102, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

The ion irradiation induced magnetic state of the FeRh thin films with 10 MeV Iodine ion beam has been investigated by the measurements of a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer and soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). It was clearly shown in the magnetization loops by SQUID measurements that the ion irradiation induced ferromagnetic state in the FeRh thin films even below room temperature. This was also confirmed by the XMCD measurements. However ion irradiation fluence dependence on magnetic state at the sample surface measured by XMCD was totally different from that by use of SQUID. Moreover, it was revealed by XMCD sum rule analysis that the ion irradiation induced ferromagnetism of FeRh thin films was mainly dominated by the spin moment.

口頭

Study on charge exchange gases in tandem accelerators for cluster ion acceleration

齋藤 勇一; 千葉 敦也; 山田 圭介; 鳴海 一雅

no journal, , 

Charge exchange cross section $$sigma$$$$_{p}$$ and destruction cross section $$sigma$$$$_{d}$$ for cluster ions (C$$_{n}$$: n=2, 4, 8, 10) colliding with gas targets (He, Ne, N$$_{2}$$, Xe) in MeV energy were measured to select a suitable charge exchange gas for tandem accelerators. It was revealed that each $$sigma$$$$_{d}$$ for C$$_{n}$$ was proportional to the number of atoms in a cluster ion and dependent on the atomic size of the gas. Furthermore, the destruction cross section $$sigma$$$$_{d}$$ for each C$$_{n}$$ against helium gas is the smallest among those of the gas targets, whereas the charge exchange cross section $$sigma$$$$_{p}$$ does not seem to be significantly dependent on the cluster size and the atomic size of the gas. The helium gas should be suitable for cluster ion acceleration, because a charge exchange gas should have a smaller $$sigma$$$$_{d}$$ and a larger $$sigma$$$$_{p}$$.

口頭

Absolute detection efficiency of a high sensitivity microchannel plate

的場 史朗; 守屋 宗祐*; 小泉 哲夫*; 石川 学*; 高橋 果林*; 城丸 春夫*

no journal, , 

A micro channel plate (MCP) consists of a large number of micro channels which are formed by etching a lead glass matrix. Particles are detected if those are injected into the channel of an MCP. Therefore, the detection efficiency of an MCP is limited by the open-area-ratio (OAR) which is defined as the ratio of the total area of the channel entrances (open-area) to the one of the MCP surface. We have fabricated the tapered MCP (T-MCP) having the channels with enlarged entrances to increase the effective OAR. The absolute ion-detection efficiency has been measured in single-ion counting mode. The detection efficiencies of the T-MCP are close to the effective OAR at higher ion energy and greater than that of (the previous) MCP in the energy range between 0.5 and 13.5 keV. The higher detection efficiency for an ion is validated for the T-MCP.

口頭

Effects of ion-track formation and its overlapping in uranium dioxide ceramics irradiated by swift heavy ions

石川 法人; 園田 健*; 澤部 孝史*; 左高 正雄

no journal, , 

UO$$_{2}$$は蛍石型結晶構造を有しており、耐照射損傷性が高い物質である。核燃料セラミックスでもあるUO$$_{2}$$の非常に高い耐照射損傷性の起源を探るために、セラミックスの照射損傷素過程を系統的に調べた研究結果を報告する。100MeVレベルの高いエネルギーのイオンがセラミックス中を通過する際に、イオンの軌跡に沿ってイオントラックと呼ばれる欠陥集合体が観測される。本研究では、その際の欠陥生成断面積を支配するパラメータが、電子的阻止能(高エネルギーイオンからターゲットの電子系に伝達されるエネルギー密度)であることを実験的に示した。ただし、局所的な熱スパイクが照射損傷の起源であるとする従来の解釈モデル(熱スパイクモデル)では、現象を説明できないエネルギー領域が存在することも本研究によって判明した。従来モデルの修正のために考慮すべきプロセスについて議論する。また、ナノメートル寸法のイオントラックが重畳することによって、サブミクロン寸法の微細組織が形成されていることを透過型電子顕微鏡の観察結果に基づいて指摘し、そのプロセスを説明できる合理的な損傷形成モデルを提案する。

口頭

Thickness dependence of secondary-electron yield from carbon foils bombarded with 62.5-300-keV/u H$$_{2}$$$$^{+}$$ and C$$_{2}$$$$^{+}$$ ions

鳴海 一雅; 高橋 康之*; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 山田 圭介; 石川 法人; 須貝 宏行*; 前田 佳均

no journal, , 

ビーム軸に対して45$$^{circ}$$傾けた非晶質炭素薄膜(厚さ1-100$$mu$$g/cm$$^{2}$$)に62.5-300keV/uのH$$_{2}$$$$^{+}$$あるいはC$$_{2}$$$$^{+}$$を照射し、薄膜の前方(下流)に放出された二次電子収量$$gamma$$$$_{F}$$を測定した。近接効果の目安となる二次電子収量比R$$_{F}$$=$$gamma$$$$_{F}$$(2)/2$$gamma$$$$_{F}$$(1)はH$$_{2}$$$$^{+}$$では1より大きく、C$$_{2}$$$$^{+}$$では1より小さくなった。ここで、$$gamma$$$$_{F}$$(1)と$$gamma$$$$_{F}$$(2)はそれぞれ速度が等しい単原子イオン、2原子分子イオンによる二次電子収量である。薄膜出口での構成イオンの核間距離とR$$_{F}$$との関係を評価したところ、核間距離が約1nmより小さいところではR$$_{F}$$は核間距離に依存して変化し、それが入射イオンの速度に依存することがわかった。一方、核間距離が約1nmより大きくなるとR$$_{F}$$は核間距離には依存せず一定になるが、入射イオンの速度には依存し、かつ1にはならないことがわかった。今回得られたR$$_{F}$$の核間距離依存性とエネルギー損失に対する近接効果の核間距離依存性との比較、さらにR$$_{F}$$の入射イオン速度依存性と同じ速度領域でのエネルギー損失比の速度依存性との類似性から、二次電子放出に対する近接効果は固体中の電子を励起する過程、励起された電子が表面まで輸送される過程の2つの寄与からなることに加えて、前者は核間距離が約1nmより小さい場合に、後者は核間距離が約1nmより大きい場合にそれぞれ支配的であることを明らかにした。

口頭

Incident energy dependences of transient species in water by ion beam pulse radiolysis study

岩松 和宏; 田口 光正; 須郷 由美; 倉島 俊; 山下 真一; 勝村 庸介

no journal, , 

高LET放射線のひとつであるイオンビームの特異的な照射効果の由来となっているトラック内反応の解明を目的に、これまで低LET放射線を用いて研究されてきたNaBr水溶液を用い、重イオンパルスラジオリシス法によりOHラジカルなどの水中活性種挙動を調べた。AVFサイクロトロンからのH$$^{+}$$(20MeV), C$$^{5+}$$(18.3MeV/u)イオンを、N$$_{2}$$O飽和した90mMのNaBr水溶液試料にパルス照射し、375nmの半導体レーザを用いて時間分解分光測定を行った。異なる厚さのAl膜を用いてイオンの照射エネルギーを下げ、LET値やトラック径を系統的に変化させた照射を行った。OHラジカルはBr$$^{-}$$と反応し、375nmに光吸収を持つBr$$_{2}$$$$^{-}$$を過渡的に生成する。Br$$_{2}$$$$^{-}$$の吸光度はパルス照射開始と同時に立ち上がり、終了と同時に減少を始めた。Br$$_{2}$$$$^{-}$$はおもに2分子反応で減衰し、Hイオンに比べCイオンの方が減衰挙動が早かった。これはCイオンの方がLETが高く、OHラジカルの生成密度が高いことに由来する。吸光度のピーク値からBr$$_{2}$$$$^{-}$$のG値を見積もったところ、G値はイオンのエネルギー減少とともに減少した。これは理論計算の報告値のOHラジカルのエネルギー依存性と一致している。

口頭

Charge state distributiion of 1 MeV/u tungsten ions after penetration of carbon foils

太田 優史*; 間宮 拓也*; 今井 誠*; 柴田 裕実*; 伊藤 秋男*; 左高 正雄

no journal, , 

非常に重いイオンが関与する電荷移行過程の研究が近年重要になってきている。特に、次期核融合炉ではW等のデータが重要であると、同時に物理的には強い密度効果を考慮する必要があるが、その研究は限られたものである。原子力科学究所タンデム加速器で開発したWイオンビームを用いて、炭素薄膜標的によるW$$^{30+}$$の電荷移行分布の測定を行った。その測定を含め、非常に重いイオンの気体及び固体ターゲットとの衝突過程の実験計画について発表する。

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