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論文

Evaluation of phase bunching in the central region of a cyclotron by a radial probe with a plastic scintillator

宮脇 信正; 福田 光宏*; 倉島 俊; 柏木 啓次; 奥村 進; 荒川 和夫*; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, p.372 - 378, 2014/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.28(Instruments & Instrumentation)

A new technique was developed for evaluating the phase bunching performance in the central region of a cyclotron. The performance in the JAEA AVF cyclotron was evaluated by measurements of the internal beam phase distribution with the beam buncher phase. The developed phase distribution measurement system for the internal beam comprised of a newly-developed radial probe with a plastic scintillator and the signal-processing modules. The small plastic scintillator with 6-mm width and 5-mm height had sufficiently high time resolution of 45 ps full-width at half-maximum for evaluating the phase bunching performance. The internal beam phase width was compressed to less than a half of the injected beam phase width in the acceleration harmonic number ${it h}$ = 2 for a 260-MeV $$^{20}$$Ne$$^{7+}$$ beam, and the phase bunching effect was observed. On the other hand, the internal beam phase width was larger than the injected beam phase width in ${it h}$ = 1 for a 107-MeV $$^{4}$$He$$^{2+}$$ beam and no evidence of the phase bunching effect was observed. These results were consistent with the calculation result of the theoretical geometric trajectory analysis.

論文

Focused microbeam formation for heavy ion beam from AVF cyclotron

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1$$mu$$m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($$Delta$$E/E)を1$$mu$$m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2$$mu$$m以下のマイクロビームが形成されたことを確認した。

論文

Status report on JAERI-AVF cyclotron system

中村 義輝; 奈良 孝幸; 上松 敬; 石堀 郁夫; 倉島 俊; 福田 光宏; 奥村 進; 横田 渉; 吉田 健一; 宮脇 信正; et al.

Proceedings of 17th International Conference on Cyclotrons and Their Applications (CYCLOTRONS 2004), p.157 - 159, 2005/00

原研高崎のAVFサイクロトロン装置は、1991年以来13年間にわたり順調に運転されている。この装置は、運転条件の頻繁な変更により、さまざまなイオン種を提供している。マイクロビーム形成に必要な0.02%のエネルギー幅の重イオンビームを生成するため、われわれはフラットトップ加速システムや鋸歯状波型ビームバンチャーの開発,中心領域の改造等を行っている。また、受動型のグラジエントコレクターは、サイクロトロンからのビーム引き出し軌道と、基幹ビーム輸送ラインとの完全な整合を計るため、内側に励磁コイルを収納した新型に置換された。可動型の永久磁石で構成されたコンパクトなイオン源は、おもに軽イオンを生成するために設計されたが、これは将来既設のマルチカスプイオン源と置換される予定である。

論文

材料・バイオ研究のためのK900超伝導AVFサイクロトロンの設計研究

福田 光宏; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 石井 保行; 齋藤 勇一; 水橋 清; 上松 敬; 千葉 敦也; 酒井 卓郎; et al.

Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.643 - 645, 2004/08

原研高崎のTIARAでは、バイオ・材料研究専用のK900超伝導AVFサイクロトロンの設計を行っている。最先端のイオンビーム利用研究のニーズに応えるため、陽子で300MeV、重イオンで150MeV/uまで加速可能な超伝導電磁石及び高周波加速システムの検討を進めており、本報告では、建設・整備計画の概要と電磁石・共振器などの検討状況について報告する。

論文

Operation and maintenance for JAERI AVF cyclotron system

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

KEK Proceedings 2003-19, p.8 - 13, 2004/03

日本原子力研究所高崎研究所のTIARA施設は、材料科学やバイオ技術などの広範な研究を進展させるために建設された。TIARAに設置されている4台のイオン加速器のうちの1つであるAVFサイクロトロン装置は、1991年3月でのファーストビームの引き出し以来、特に深刻な故障もなく順調に運転されている。年間の運転時間は、最新8年間での平均で約3200hである。特にサイクロトロン装置は、実験者からの多様なイオン種の要望に応じて、頻繁な運転条件の変更が必要となっている。一方イオンビームの強度,品質及び信頼性等を改善するため、われわれはこれまで数多くの改造や開発を継続して実施してきている。それらのうちの幾つかの内容は、制御系システムの更新,イオン源の増強,数シリーズのカクテルビームにおける加速技術の開発,サイクロトロンビームの安定化及び励磁コイルを持つグラジエントコレクターの設計、等々である。さらに、われわれは現在フォーカス型で1ミクロンのマイクロビームを形成するためのさまざまな対策、例えばフラットトップ加速システムの導入,サイクロトロン中心領域の改造,ビーム輸送系基幹ラインへの精密マイクロスリットの設置、などを進めている。

論文

Design of a focusing high-energy heavy ion microbeam system at the JAERI AVF cyclotron

及川 将一*; 神谷 富裕; 福田 光宏; 奥村 進; 井上 博光*; 益野 真一*; 梅宮 伸介*; 押山 義文*; 平 豊*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 210(1-4), p.54 - 58, 2003/09

 被引用回数:19 パーセンタイル:19.69

現在原研高崎TIARAでは、radio micro surgery等の生物医学への応用を目指して、AVFサイクロトロンの垂直ビームラインに設置する集束方式高エネルギー重イオンマイクロビーム装置の開発を進めている。レンズ集束における色収差の低減のため、AVFサイクロトロンは100MeV級重イオンビームのエネルギー幅を10$$^{-4}$$以下にする必要がある。このためサイクロトロンRFシステムにフラットトップ加速技術が導入された。ビームラインは生物試料照射に適した鉛直下向きであり、オブジェクトスリットと発散制限スリットの二段のスリット、集束レンズである四連四重極電磁石により構成される。これにより空間分解能1$$mu$$mの重イオンマイクロビーム形成が可能となり、薄膜を介して大気中の試料を細胞レベル以下の精度で照射することが可能となる。さらに、短時間に多数の細胞を狙い撃ちするため、高速自動照準シングルイオン照射システムとマイクロビーム二次元走査システムをリンクさせ、散在する培養細胞等の微小試料に対して毎分1000個以上の高速シングルイオン照射を実現する。このような高速シングルイオンヒットには照射位置を正確にリアルタイムで観測できる検出システムが必要になる。そのために試料直下にシンチレータプレートを設置して、単一イオンが入射した際の微弱なシンチレーション光を超高感度カメラによって観測し、照射試料の光学顕微鏡画像と合成することで、照射試料へのシングルイオン入射位置を正確に把握できるシステムを開発中である。

論文

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

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.13

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 $$^{20}$$Ne$$^{7+}$$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1$$mu$$m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$$Delta$$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。

論文

Flat-top acceleration system for the variable-energy multiparticle AVF cyclotron

福田 光宏; 倉島 俊; 奥村 進; 宮脇 信正; 上松 敬; 中村 義輝; 奈良 孝幸; 石堀 郁夫; 吉田 健一; 横田 渉; et al.

Review of Scientific Instruments, 74(4), p.2293 - 2299, 2003/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:36.6(Instruments & Instrumentation)

3種類の加速ハーモニクスモード(h=1,2,3)を有するエネルギー可変・加速粒子多種類型AVFサイクロトロンにおけるイオンビームのエネルギー幅最小化に最適なフラットトップ加速システムの検討を行い、基本波加速電圧にその5倍の周波数を持つ高調波電圧を重畳する方法が最適であることを理論的に明らかにした。第5高調波を用いたフラットトップ加速は、高調波電圧発生に必要な増幅器パワーと共振空洞内の消費パワーを最小化し、1ターン当たりのエネルギー利得を増大させるという特長を持っている。そこで、原研AVFサイクロトロンにおいては、ビーム径1$$mu$$mのマイクロビーム形成を実現するため、ビームエネルギー幅を0.02$$%$$以下に最小化するフラットトップ加速システムの仕様検討を行い、加速電圧安定度の許容値が基本波2$$times$$10$$^{-4}$$以下、第5高調波1$$times$$10$$^{-3}$$以下、加速電圧位相安定度許容値が0.2$$^{circ}$$以下、磁場安定度許容値が1.9$$times$$10$$^{-5}$$以下であることを定量的に示した。本仕様を踏まえ、コールドモデル試験及び電磁場解析コードMAFIAを用いた計算により、コンパクトで省パワー性に優れた第5高調波発生用共振空洞を設計した。

論文

原研超伝導AVFサイクロトロン建設・整備計画,2

福田 光宏; 奥村 進; 石井 保行; 齋藤 勇一; 宮脇 信正; 水橋 清; 上松 敬; 倉島 俊; 千葉 敦也; 酒井 卓郎; et al.

第14回加速器科学研究発表会報告集, p.302 - 304, 2003/00

原研高崎のTIARAにおいて、バイオ・材料科学分野でのイオンビーム利用研究の新たな展開を図ることを目的に、新加速器施設の建設・整備計画を提案している。これまでの研究から、100MeV/n以上のエネルギーの重イオンを用いることにより、突然変異誘発による植物育種や材料開発等で、非常に大きな成果が期待できることが明らかにされている。このため、偏向リミット(Kb)=900,集束リミット(Kf)=300の超伝導AVFサイクロトロンの検討を進めており、これまでに150MeV/n重イオンと300MeV陽子の加速が両立可能なサイクロトロン電磁石の解を求めるとともに、低エネルギー側の限界を評価し、バイオ・材料研究に必要とされる幅広い加速イオン種・エネルギー範囲をカバーできることを確認した。本報告では、建設・整備計画の概要と電磁石の検討状況について報告する。

論文

Excitation functions of rhenium isotopes on the $$^{nat.}$$W(d,xn) reactions and production of no-carrier-added $$^{186}$$Re

石岡 典子; 渡辺 智; 長 明彦; 小泉 光生; 松岡 弘充; 関根 俊明

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.2), p.1334 - 1337, 2002/08

無担体$$^{186}$$Re製造技術開発に必要な基礎データとして、$$^{186}$$W(d,2n)$$^{186}$$Re,$$^{nat.}$$W(d,xn)$$^{181-184}$$Re,$$^{186}$$W(d,p)$$^{187}$$W反応における反応断面積を34MeVまでスタックフォイル法を用いて測定した。得られた結果をALICEコードによって計算した反応断面積と比較した。$$^{186}$$W(d,p)$$^{187}$$W反応以外の励起関数ついては、実験値と理論値でほぼ一致した。

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

Design studies of the K900 JAERI superconducting AVF cyclotron for the research in biotechnology and materials science

福田 光宏; 荒川 和夫; 横田 渉; 奥村 進; 上松 敬; 神谷 富裕; 水橋 清; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 石井 保行; et al.

AIP Conference Proceedings 600, p.189 - 191, 2001/00

原研高崎では、GeV級重イオンビーム利用によるバイオ技術・材料科学の新展開を目指し、新たな加速器建設整備計画を提案している。核子当たり100MeVを越えるエネルギーを持った重イオンビームの利用は、植物育種や生体機能解明研究、新機能性材料の創製等に飛躍的な進展をもたらすことが期待されており、GeV級加速器の有力な候補として、偏向リミット900、集束リミット300を持つ新型の超伝導AVFサイクロトロンの設計を開始した。これまでに、陽子を280MeV程度まで、電荷数/質量数(Q/M)=1/2の重イオンを150MeV/nまで加速可能な本体電磁石の磁極形状の解を見つけるとともに、既設のK110AVFサイクロトロン入射器とした連結運転では、エネルギーの増幅率が数倍程度にしかならないことを明らかにした。

論文

A Project of the K900 superconducting AVF cyclotron at JAERI

福田 光宏; 荒川 和夫; 横田 渉; 奥村 進; 上松 敬; 神谷 富裕; 水橋 清; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 石井 保行; et al.

Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, p.71 - 73, 2001/00

原研高崎では、バイオ・材料科学におけるイオンビーム利用研究の新展開を図るため、K900超伝導AVFサイクロトロンの建設・整備計画を提案している。要求されているビームは、300MeVまでの陽子,100MeV/n以上の炭素イオン,120MeV/n以上のクリプトンイオンなどで、植物育種や新機能性材料の創製などへの貢献が期待されている。現在、軽イオンとGeV級重イオンの加速を両立させる4セクター及び4ディー電極型の超伝導AVFサイクロトロンの設計を進めている。講演では、本計画の概略を紹介するとともに、超伝導電磁石の設計を中心に各システムの検討の現状を報告する。

論文

Study of unstable nuclides using the TIARA-ISOL; Development of a laser ion source and separation of unstable Na isotopes with a thermal ion source

長 明彦; 小泉 光生; 関根 俊明; 桂川 秀嗣*; Jin, W.*; 涌井 崇志*

JAERI-Review 99-025, TIARA Annual Report 1998, p.203 - 205, 1999/10

TIARA-ISOLでは中性子欠損側の希土類元素不安定核の$$beta$$壊変研究を行ってきた。近年、核物性研究のプローブとしての不安定核ビームが必要となってきた。表面電離型イオン源を用いたNa不安定核の生成分離とレーザーイオン源開発の現状について報告する。

論文

Systematics of the atomic masses of $$^{124-130}$$La isotopes

山本 洋*; 柴田 理尋*; 河出 清*; 小島 康明*; 長 明彦; 渡辺 智; 小泉 光生; 関根 俊明

JAERI-Review 99-025, TIARA Annual Report 1998, p.208 - 210, 1999/10

TIARA-ISOLで分離した$$^{124-130}$$Laの$$beta^{+}$$壊変に伴う$$beta^{+}$$線最大エネルギーを高純度ゲルマニウム検出器によって測定し、$$^{124,125,127,130}$$Laについて初めて実験値を得た。各種の質量公式のうち、橘らによる質量公式が今回の実験値をよく再現しているが、一般に質量公式はこれらの同位元素に関して原子質量を小さく評価している。二中性子分離エネルギーの系統性から、質量数128近傍でLa同位体の核構造が変化していることが示唆された。

論文

サイクロトロン

荒川 和夫

加速器の現状と将来, (6), p.71 - 80, 1998/06

最近のサイクロトロンのビーム発生技術の現状を、世界の主なサイクロトロン施設を例にして概説した。大型サイクロトロンでは、超電導単一磁極型サイクロトロンと分離セクター型サイクロトロン(リングサイクロトロン)について説明し、さらに高エネルギー・大電流化を図るための複合型サイクロトロン施設(他の加速器又はサイクロトロンで加速し、さらに主サイクロトロンで再加速する)について述べた。中型サイクロトロンは、主として材料科学、バイオ技術等の分野に利用されており、その実状について述べるとともに、常電導・単一磁極型で陽子235MeVまで加速できる最近開発されたサイクロトロンについて述べた。また、主としてRIの生産に用いられている小型サイクロトロンは、H$$^{-}$$を加速し、小型化・大電流化が図られている現状について述べた。

論文

カクテルビーム加速技術

荒川 和夫

放射線化学, (65), p.44 - 46, 1998/00

AVFサイクロトロンにおいて、イオン種・エネルギーを短時間で変更する技術として、新たに開発したカクテルビーム加速技術の原理・方法について紹介した。その加速技術は、ECRイオン源に複数のガスを導入し、生成したM/Qがほぼ同じで、分析電磁石で分解・弁別できないイオン種をすべてサイクロトロンへ入射し、同時に加速する。サイクロトロンから単一イオン種を引き出すための方法として、加速周波数を変える方法と、トリムコイルによる磁場を変える方法がある。この両方法とも、サイクロトロンでイオン種・エネルギーを変更する際に周波数か磁場のどちらかをわずかに変更するだけで可能であるため、極めて短時間でイオン種を変更できる。

報告書

JAERI TIARA annual report 1995, Vol.5; April 1995 $$sim$$ March 1996

放射線高度利用センター

JAERI-Review 96-017, 277 Pages, 1997/01

JAERI-Review-96-017.pdf:12.81MB

本年次報告は、高崎研究所イオン照射研究施設(TIARA)で、1995年4月から1996年3月までの間に実施された研究活動をまとめたものである。1)宇宙用半導体、2)バイオテクノロジー、3)放射線化学及び有機材料、4)無機材料、5)材料解析、6)核化学及びラジオアイソトープ製造、7)加速器施設の放射線遮蔽、8)加速器技術の8部門にわたる84編の研究報告と、施設の運転・利用状況、公表された文献、企業・大学との研究協力関係、研究開発・施設運営組織を収録する。

論文

ゴミの山を宝の山に変えた優れもの; カクテルビーム加速技術

荒川 和夫

放射線と産業, (75), p.37 - 38, 1997/00

AVFサイクロトロンにおいて、イオン種・エネルギーを短時間で変更する技術として、カクテルビーム加速技術を開発した。イオン源に複数のガスを導入し、生成したイオンのうちM/Qがほぼ等しく、分析電磁石で分離・弁別できないイオン種をすべてサイクロトロンへ入射し、同時に加速する。サイクロトロンの加速周波数等の1~2のパラメータを特定のイオン種のみを引き出す。この方法は、周波数等のみを変更するので、30~2分程度と極めて短時間にイオン種を変更できる。これまで、分析電磁石で分離できないイオン種は、加速の対象から外され、敬遠されてきた。この分離できないイオン種をサイクロトロンにおける「粒子・エネルギーの短時間切り替え技術」の切り札として役立てた。この技術についてワンポイントの解説を行った。

論文

Study on dosimetry systems for a few tens MeV/u ion beams

小嶋 拓治; 須永 博美; 滝沢 春喜; 橘 宏行

JAERI-Conf 97-003, 00(00), p.492 - 494, 1997/00

イオンビームの吸収線量及びその試料内の分布を測定するため、全吸収型カロリメータ、ファラデーカップ、及び$$^{60}$$Coガンマ線・0.15~3MeV電子線に対する線量応答特性が明らかな数種のフィルム線量計から構成される線量測定システムの開発を進めている。このため、TIARAのAVFサイクロトロンから得られる数10MeVのイオン(価数:+1~+8)の均一フルエンス場(100$$times$$100mm$$^{2}$$)で、これらを同時に照射する装置を設計・製作した。これを用い、カロリメータ及び加速器に付属するエネルギー分析器の値を比較することにより、電流測定における不確かさを評価した。また、簡便な吸収線量(分布)測定のため、フィルム線量計の応答特性を調べるとともに、積層したフィルムを用いた測定から得られた深部線量分布の結果を計算と比較した。

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