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論文

原研高崎における100MeV級重イオンマイクロビーム装置の開発とその現状,2

及川 将一*; 佐藤 隆博; 酒井 卓郎; 福田 光宏; 奥村 進; 宮脇 信正; 倉島 俊; 奈良 孝幸; 横田 渉; 神谷 富裕

第18回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.99 - 102, 2005/11

原研高崎イオン照射研究施設(TIARA)では、AVFサイクロトロン(K=110)の垂直ビームコースに設置する集束方式重イオンマイクロビーム装置の開発を進めている。本装置は、高LET重イオンの単一イオン照射を目的として設計されており、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などに強力なツールとなることが期待されている。前回、シンチレータと光電子増倍管を用いた透過イオンイメージング法によりビームサイズ50$$mu$$m以上という結果を報告したが、その後ビーム走査電源が発振していたことによりビームサイズを大きく見積もっていたことが判明した。それまで、この発振が原因で銅メッシュ(1000mesh/inch)の2次電子像を取得することができなかったが、発振を抑制することによって明瞭なメッシュ像が得られるようになった。このメッシュ像がよりシャープになるよう集束パラメータを調整した後、任意直線上の2次電子収量を解析したところ、X, Yともに2$$mu$$m未満のビームサイズを達成していることが確認された。

論文

Present status and prospect of microbeams at TIARA

渡辺 宏; 数土 幸夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210, p.1 - 5, 2003/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.13

放射線高度利用研究計画に基づいて設置されたTIARAでは、計画に沿って3種のマイクロビームシステム開発が実施された。1つは半導体のシングルイベント解析用であり、ソフトエラーの機構解明に貢献している。生物用マイクロビームは、重イオンのシングルヒット照射が可能な世界で唯一のシステムであり、新知見が得られている。分析用マイクロビームは、大気中1$$mu$$m$$phi$$の分析を可能にし、医学・環境分野への応用を拡大している。過去のマイクロビーム利用は、分析利用を中心に発展してきたが、TIARAの特徴は、照射損傷解析用プローブとしての可能性を大きく引き出したことにある。今後は材料加工への応用や医療への応用も期待される。

論文

Development of an atomated single cell irradiation system combined with a high-energy heavy ion microbeam system

神谷 富裕; 横田 渉; 小林 泰彦; Cholewa, M.*; Krochmal, M. S.*; Laken, G.*; Larsen, I. D.*; Fiddes, L.*; Parkhill, G.*; Dowsey, K.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 181(1-4), p.27 - 31, 2001/07

 被引用回数:29 パーセンタイル:9.89

原研高崎のAVFサイクロトロンの垂直ビームラインに設置された高エネルギー重イオンマイクロビーム装置において大気中生物細胞へのシングルイオンヒット技術を確立し、細胞自動認識高速ビーム照準システムを導入した。試料皿上に無数に散在する個々の細胞を照射前後にオフラインの顕微鏡において、全自動で認識するために、遠隔駆動の精密ステージと制御計算機及びソフトウェアからなるシステムを開発した。さらに認識された細胞の中から照射すべきものの位置を顕微鏡画像データから自動抽出し、それに基づいて全自動照射するためのオンラインシステムも同時に開発した。今回は、それらのシステムの概要を示し、テスト試料を用いて行った予備的な実験結果について報告する。

論文

Observation of radiation damage induced by single-ion hits at the heavy ion microbeam system

神谷 富裕; 酒井 卓郎; 平尾 敏雄; 及川 将一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 181(1-4), p.280 - 285, 2001/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.71

原研高崎の重イオンマイクロビーム・シングルイオンヒットシステムを用いて、Si PINダイオードの局所領域にMeVエネルギーの重イオンを繰り返し入射することにより過渡電流波高をすべて計測し、照射損傷に由来する波高の減衰を観察した。その減衰傾向を特徴づけるため、統計関数ワイブル分布関数を導入し、データ解析を行った。$$mu$$m$$^{2}$$レベルで照射面積を変化させた場合、明らかな減衰傾向の違いが見られ、実験データから照射損傷と電荷収集の平面方向の広がりに関する情報を引出し得ることが示唆された。これらの測定を再現するために単純なモデルによるモンテカルロシミュレーションも試みた。発表では、照射実験、データ解析及びシミュレーションについて述べ議論する。

論文

Topics and future plans of ion beam facilities at JAERI

横田 渉; 荒川 和夫; 奥村 進; 福田 光宏; 神谷 富裕; 中村 義輝

Proceedings of the 4th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application, p.179 - 184, 2000/10

高崎研のイオン照射施設(TIARA)では、ビーム利用研究の進展に合わせてさまざまな実験装置が作られている。3MVタンデム加速器の重イオン用シングルイオンヒットマイクロビーム装置は、宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究に利用されてきた。新たにサイクロトロンビームを用いた高エネルギー重イオンシングルイオンヒットマイクロビーム装置の開発が進められている。加速器技術にも多くの進展があり、イオンビームの利用範囲を広げている。サイクロトロンには金属イオン用ECRイオン源が設置され、カクテルビーム加速ではM/Q=2,4,5について技術開発を終えている。またサイクロトロン磁場の安定化により、ビームが時間とともに減少する現象が大きく改善された。さらに、将来計画として超伝導サイクロトロンの建設が提案されている。本講演ではこれらの装置、技術開発及び将来計画を詳しく紹介する。

論文

ミクロの世界に触れる視線と指先; イオンマイクロビーム技術の開発と応用

神谷 富裕

放射線化学, 2000(69), p.32 - 36, 2000/03

高崎研究所の加速器施設TIARAにおいては、3MVシングルエンド及び3MVタンデム加速器のビームライン上にそれぞれ軽イオン及び重イオンマイクロビーム装置を設置し、技術開発と応用研究を進めている。前者は、いわばミクロの世界を覗く視線であり、マイクロPIXE等による生物細胞を初めとする微細な試料内部に元素がどのように分布しているかを調べるためのものである。これに対し後者は、いわばミクロの世界を探る指先であり、シングルイオンヒットシステム等を用いて半導体素子や生物細胞が高エネルギーイオンにヒットされて引き起こされる現象を模擬し機構を解明するためのものである。本稿ではわれわれ自身が実際に行ってきた実験の一端を紹介し、マイクロビームの持つこれら2つの側面を示した。

論文

重イオンマイクロビームによる微細シングルイオンヒットパターン描画

神谷 富裕; 酒井 卓郎; 内藤 豊*; 平尾 敏雄

第11回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.126 - 128, 1998/07

3MWタンデム加速器のビームライン上に設置した重イオンマイクロビーム装置を用いたシングルイオンヒット技術を確立した。これを基に、試料に対してプログラムしたヒット位置と個数に従って自動的にシングルイオン照射するシステムを製作した。ビームのパルス化を制御するパルスジェネレータは、MCPからのシングルイオン検出信号を数えるカウンターと連動し、カウンターが動作中の時のみイオンの入射が許可される。また、イオンの入射がプリセット値に達した瞬間に後続の入射が禁止される。この制御機能がマイクロビーム走査の制御プログラムに組み込まれることにより、イオンを予め入力した個数と位置のデータに基づいて自動的に次々と打ち込むことが可能となった。本システムを用いて15MeVのNiイオンをCr-39上に微細なだるま状のヒットパターンで自動照射することに成功している。

論文

Development of noise-suppressed detector for single ion hit system

酒井 卓郎; 浜野 毅*; 須田 保*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕

JAERI-Conf 97-003, 00(00), p.451 - 453, 1997/00

重イオンマイクロビーム装置において、試料の任意の位置に、イオンを1個1個入射することができるシングルイオンヒットシステムの開発を行っているが、このための検出器には、シングルイオンの検出効率が高く、誤計数を防ぐため、低ノイズであることが要請される。このための検出器として、一対のマイクロチャンネルプレート(MCP)と炭素薄膜を組み合わせた検出器を開発した。これは、イオンが炭素薄膜を通過する際と試料に入射したときに発生する2次電子をそれぞれのMCPで検出して、この信号を高速同時計数回路により処理し、ノイズや暗電流による誤計数を防ぐ機構になっている。この検出器の検出効率は15MeV Siイオンで半導体検出器に対して、100%以上の効率があることが確認でき、ノイズも一組のMCPに比較して3桁以上低減することができた。

論文

Recent progress in JAERI single ion hit system

酒井 卓郎; 浜野 毅*; 須田 保*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 130(1-4), p.498 - 502, 1997/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:22.94

宇宙空間で半導体素子に生ずる、シングルイベント効果等の単一重イオンにより発生する現象を解析するためには、1$$mu$$m以下の空間分解能で試料の任意の位置にシングルイオンを入射することができる技術を開発する必要がある。これを行うため、重イオンマイクロビームのパルス化を行い、このパルス幅で検出系にゲートをかけて、ノイズの低減を行い、シングルイオンの試料への入射の検知、制御を行う技術を開発した。このシングルイオンヒット技術の精度を固体飛跡検出器で調べた結果と、望遠顕微鏡でシングルイオンを試料上に照準する技術の開発状況について述べた。

論文

Sub-micron microbeam apparatus for high resolution materials analyses

神谷 富裕; 須田 保*; 田中 隆一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 118(1-4), p.447 - 450, 1996/09

 被引用回数:28 パーセンタイル:9.15

宇宙用半導体素子におけるシングルイベント効果の微視的機構解明のため、高エネルギーシングルイオンヒットシステムが原研重イオンマイクロビーム装置に組合わされた。シングルイオンヒットシステムではシングルイオン検出器と高速ビームスイッチによって試料へのイオン入射のタイミングと個数が制御できる。シングルイオン検出器の検出効率は15MeV Niに対して100%であった。高速ビームスイッチのスイッチング時間は150nsで、その間での多重ヒットの確率がら、シングルイオンヒットシステムによる極微小電流領域での電流計測と制御の可能性が評価された。

論文

シングルイオンヒットシステム用パルス化技術の開発

酒井 卓郎; 濱野 毅*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕

第9回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, 0, p.60 - 63, 1996/00

原研高崎では、高エネルギー重イオンの入射でビット反転等が引き起こされるシングルイベントを解析するため、シングルイオンヒット技術の開発を進めている。このためには、イオンの試料への入射を確実に検知する必要がある。この検出器として炭素膜と試料へのイオンの入射により発生する2次電子を検出し、コインシデンスをとりノイズによる誤計数を防ぐ検出システムを開発した。このシステムにより、シングルイオンを試料に入射することには成功したが、炭素膜中での散乱により、ビーム径を1$$mu$$mに保つことができないことが判明した。このため炭素膜を取り除き、ビームパルス化システムを取り付け、このパルスのトリッガーと試料よりの2次電子の検出信号でシングルイオンの試料への入射を制御するシステムを製作中であり、そのための方法について議論する。

論文

高エネルギーシングルイオンヒット技術と細胞局部照射への応用

田中 隆一; 神谷 富裕; 小林 泰彦; 渡辺 宏

応用物理, 65(2), p.168 - 172, 1996/00

高エネルギーの重イオンは物質や生体に局部的に大きな損傷を与えるが、生物細胞、半導体素子等の場合、個々の粒子が起こす事象は、微細な内部構造をもつそれらの部位に粒子がヒットしたかによって著しく異なる。こうした局部的な照射あるいはヒットによる効果を解明するための基盤技術として、$$pm$$1$$mu$$mの照射精度で重イオンのシングルイオンヒットを可能にするシングルイオン検出・制御などの技術を開発しつつある。また、サイクロトロンからの高いエネルギーの重イオンによる細胞局部照射技術も進めつつある。これらの研究の現状を紹介するとともに、軌道に乗りつつある放射線高度利用研究の概要も述べる。

論文

イオンビーム利用の基礎と現状,V.1.4; 局所照射分析

神谷 富裕

Radioisotopes, 44(8), p.570 - 590, 1995/08

イオンマイクロビームは、PIXE、RBSおよびNRAなどの物質とイオンビームの相互作用の素課程を利用した微量元素分析を試料の微小領域を行うことにより多次元的元素分布や構造の解析に用いられてきた。これに対しイオンビームのもつ物質との相互作用の特徴を生かし、局所的照射効果やビーム加工の研究に用いる局所照射分析がマイクロビームを利用して行われるようになった。例として、宇宙環境における高エネルギー重イオンの単発入射によって起こる半導体素子のシングルイベント効果や、生物細胞のイオン入射による損傷、回復、変異などの局部照射効果の研究が行われている。このような目的には、高エネルギーイオンを目的の位置に1個々々打ち込む、マイクロビームと組み合わされたシングルイオンヒットの技術が求められる。ここでは原研で行われているシングルイオンヒットシステムの開発を例にその概要を説明する。

論文

高エネルギー重イオンマイクロビーム装置におけるビーム照準およびシングルイオンヒットシステム

神谷 富裕; 酒井 卓郎; 須田 保*; 濱野 毅*

BEAMS 1995: 第6回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム講演論文集, 0, p.127 - 130, 1995/00

宇宙用半導体素子のシングルイベント効果(SEU)の研究のため、原研重イオンマイクロビーム装置と組合せたシングルイオンヒットシステムの開発が進められている。ビーム照準は本研究を進めるうえで重要な技術的要素であり、マイクロビームによる試料の二次電子マッピングと高精度試料ステージの駆動により、イオンを目的の位置に打込むことを可能とする。シングルイオンヒットシステムは、シングルイオン検出器と高速ビームスイッチによって構成され、シングルイオンの入射タイミング制御を可能とする。ビームラインへの磁気しゃへいによって、二次電子マッピングにおける漏れ磁場の影響を除くことができた。また、中心開口型の2組のMCPによって構成されるシングルイオン検出器の検出効率を測定し、15MeV Niイオンに対して98%以上の値が得られた。今回は、システムの構成と実験的に得られた知見について考察する。

論文

Development of high energy single ion hit system conbined with heavy ion microbeam apparatus

神谷 富裕; 須田 保*; 田中 隆一

JAERI TIARA Annual Report 1994, p.226 - 228, 1995/00

シングルイオンヒットシステムは、シングルイオン検出器と高速ビームスイッチとによって構成される。2組の中心穴空き型のMCPを用いた検出器では極薄い炭素膜とターゲットからの二次電子を同時に検出する。これまでにターゲットからの二次電子検出により15MeV Niイオンの検出効率は100%であることが確認された。また検出信号が発生してからマイクロスリット直後に設置した静電偏向板に印加される高電圧が立上るまでのスイッチング時間は、150nsであった。これによりそのビームスイッチに入射するビーム電流量と多重ヒットの確率との関係が求められ、計算によりフェムトアンペアー以下の領域でのイオンの入射タイミングおよび数量の正確な制御方法として本システムが有用であることが確かめられた。

論文

イオンマイクロビーム技術とその応用の新展開

田中 隆一; 神谷 富裕

放射線, 20(3), p.21 - 32, 1994/00

MeV領域のイオンマイクロビーム技術は、これまで主として局所微量元素分析の手段として、最近十数年間に急速に進歩した。この目的には軽イオンが使われてきたが、新しい応用として、半導体素子や生物細胞等の複雑な内部構造をもつ系内の局所照射効果の研究に重イオンマイクロビームを用いる研究が注目を集めている。ここでは、局所重粒子照射効果の研究を目的とする重イオンマイクロビーム形成、照準及びシングルイオンヒット技術の最近の研究を紹介する。また、サブミクロンあるいはそれ以下のマイクロビーム形成の研究やさらに高いエネルギーのマイクロビーム形成の研究についても言及する。

論文

重イオンマイクロビーム装置のシングルイオンヒットシステム

神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一

第3回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム, p.453 - 456, 1992/00

宇宙用半導体素子におけるシングルイベント効果の基礎的な機構を解明するための重イオンマイクロビーム装置が開発された。本装置は高エネルギーの多種のイオンと1$$mu$$m以下に集束し、試料に1$$mu$$m程度の位置精度でビーム照準を行い、そこに単一イオンを打込むシングルイオンヒットを可能とするよう設計された。我々すでに15MeVNiイオンビームで1$$mu$$nのビームサイズを達成しており、現在ビーム照準とシングルイオンヒットの技術開発を進めている。

論文

JAERI heavy ion microbeam system and single ion hit technique

神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一

Proc. of the Int. Workshop on Radiation Effects of Semiconductor Devices for Space Application, p.112 - 117, 1992/00

宇宙空間で使用される半導体素子のシングルイベント効果の基礎的な機構を解明するために、原研3MVタンデム加速器のビームライン上に重イオンマイクロビーム装置が設置された。本装置は、2連四重極レンズを用いてNi$$^{4+}$$15MeVのような高エネルギー重イオンを集束し、スキャナーによって高精度に位置制御されたターゲットステージにセットされた試料にマイクロビームをスキャンするように設計されている。これによって我々は1$$mu$$m以下のビームスポットサイズと、試料におけるビームのヒット位置精度を1$$mu$$m以下にすることを目指している。さらに、イオンを1個1個制御して試料とヒットさせるために、シングルイオン検出系と高速ビームスイッチの組合せによるシングルイオンヒットシステムの開発を行っている。

論文

JAERI heavy ion microbeam system and single ion hit technique

神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一

Proc. of the lst Meeting on the Ion Engineering Society of Japan, p.105 - 110, 1992/00

原研高崎の3MVタンデム加速器のビームラインに設置された重イオンマイクロビーム装置において0.85$$times$$1.2$$mu$$m$$^{2}$$のビームスポットサイズが達成された。本装置は、2連四重極レンズを用いて重イオンビームを集束し、ターゲットの任意の微視的領域にマイクロビームを照準できるように設計されている。さらに、宇宙船において使用される半導体デバイスのシングルイベント効果の基礎的な機構を解明するために、目的の位置にイオンを1つ1つヒットさせるシングルイオンヒットシステムが組込まれる。

論文

シングルイオンヒット技術の開発

宇都宮 伸宏; 神谷 富裕; 田中 隆一; 峰原 英介

第3回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.86 - 89, 1990/07

原研高崎での放射線高度利用研究テーマの1つである半導体デバイスのシングルイベント効果の研究では、複数個のイオンあるいはシングルイオンを狙った微小部位に打ち込み、照射効果の部位依存性解明や過渡現象の測定などの基礎研究を行うことが計画されており、それらを可能にするためのシングルイオンヒット技術の開発を現在行っている。今回は、シングルイオンヒット技術の検討結果及び実験経過などについて述べる。

論文

原研高崎重イオンマイクロビーム装置の概要

神谷 富裕; 宇都宮 伸宏; 峰原 英介; 田中 隆一; 河野 和弘*; 岩本 英司*

第3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, 1990/07

原研高崎ではMeV重イオンによるシングルイベント実験の可能なマイクロビーム装置が現在建設中の放射線高度利用研究施設に設置される。本装置の特色は光学系が前段と後段精密レンズ系によって構成されることである。精密レンズ系は、$$Phi$$1$$mu$$mのビームスポットサイズを得るためにマイクロスリット精密Qレンズ等で構成される。前段レンズ系を置くことにより加速器のパラメータを変更すること無く精密レンズ系を通過するイオン電流を増減させることができる。これによって、まずある程度大きなビーム電流で$$Phi$$1$$mu$$mのビームスポットサイズを確認したり、試料の照射部位を特定するための二次電子やRBSによるビーム計測をおこない、それにひき続いて容易に1$$mu$$mの位置分解能できわめて微少なビーム電流でシングルイオンヒット実験をするのが可能になる。今回は本装置の概要について述べる。

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