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千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.81 - 84, 2013/11
被引用回数：1 パーセンタイル：11.54(Instruments & Instrumentation)薄膜誘起解離したクラスター構成イオンの平均電荷は、同速度の単原子イオンのそれよりも小さくなることが知られている。この電荷減少効果は、クラスターイオンと固体との衝突相互作用を理解するうえで重要であり、理論的には固体内で解離した構成イオン相互の核間距離に依存することが予想されている。しかしながら、核間距離を直接測定できないなどの理由から、核間距離と電荷の関係はこれまで明らかになっていない。そこで、クーロン爆発イメージング法で測定した薄膜透過後の構成イオンの発散角から、固体内での構成イオンの核間距離に対する平均電荷を導出する方法を考案した。6MeV-C
について測定及び解析した結果、核間距離のわずかな増加に対し、電荷減少効果が小さくなる様子が初めて定量的に捉えられた。
千葉 敦也
放射線と産業, (134), p.29 - 32, 2013/06
クラスターイオンを物質に照射したとき、同元素同速度の単原子イオン照射とは異なる衝突プロセスが創成され、特異な照射効果が発現することから、クラスターイオンは新しい放射線源と位置づけられる。本稿では、原子力機構高崎量子応用研究所を中心に進められている数百keVから数MeVのエネルギー領域の高速クラスターイオンによる照射効果とその発生メカニズムに関する研究及び今後の展開とクラスターイオン生成技術について解説する。
ion moving in a solid千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 161, 2013/01
高速クラスターイオンが薄膜を透過するとき、薄膜で解離したクラスター構成イオンの平均電荷は、同元素同速度の単原子イオンのそれよりも減少する。このクラスターイオン特有の電荷減少効果は固体中を移動する構成イオン間の核間距離に強く依存すると考えられている。しかしながら、構成イオン間に働く遮蔽クーロン斥力で増加する核間距離に対してそれらの平均電荷を実験により定量的に評価することは難しく、これまで報告はない。そこで、2原子クラスターイオンを対象に、薄膜を透過した構成イオンの発散角分布を電荷の組合せごとに正確に測定し、その発散角分布を軌道計算で解析することにより固体中での核間距離に対する平均電荷を定量評価する方法を構築した。得られた結果は電荷におけるクラスター効果を考慮した理論値とおおむね一致した。
金子 敏明*; 井原 功介*; 河野 雅砂*; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 鳴海 一雅
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 164, 2013/01
The aim of this study is to present the electronic stopping power for swift carbon clusters as a basic quantity, taking account of the charge reduction effect, in order to promote attention of experimental researches and to contribute to collection of cluster-impact electronic excitation data. This theoretical research is composed of estimating the reduced average charges of constituent ions in a cluster and evaluating the electronic stopping power for a cluster, using the reduced average charges. The theoretical basis in the present study is to describe the incident cluster as an ensemble of partially stripped ions, where their charges are determined by the self-consistent cluster average-charge theory, and their spatial charge distribution is described in a statistical manner. The excitation of target electrons is treated in an electron gas model. In a case of carbon target, four electrons per atom are assumed to participate in electron gas and the rest two electrons are in the 1S state. As a result, the average charge per ion decreases with increasing the number of constituent ions in a cluster. This tendency can be understood by the theoretical model, which leads us to a conclusion that increase of the surrounding ions implies enhancement of the binding force on ionized electrons, resulting in less degree of ionization.
千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
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.98 - 101, 2012/07
高速クラスターイオン(ボーア速度以上)による固体への1原子あたりの照射効果は、同速度の単原子イオンによる照射効果とは異なるため、高速クラスターイオンは新たな放射線源としての有用性が期待される。この特異な照射効果(クラスター効果)の発現は、固体内の微小な時空間領域に存在する複数の高エネルギーイオンによる高密度励起状態の形成と構成イオン間の相互作用という単原子イオン照射にはない物理過程によるものと考えられる。クラスター効果発現機構の解明には、これら2つの物理過程を詳細に調べる必要がある。本研究では、構成イオン間の相互作用に着目し、遮蔽クーロンポテンシャルにより平均電荷が減少するというクラスター効果への寄与を調べるために、クーロン爆発イメージング法を用いた構成イオン間の距離と電荷の関係を定量評価する解析法を考案した。その結果、クーロンポテンシャルが核間距離の増加で減少し、電荷へのクラスター効果が弱まる傾向を初めて定量的に捉えることに成功した。
金子 敏明*; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 鳴海 一雅
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 153, 2012/01
The energy loss of each constituent ion in a cluster is evaluated using molecular dynamics method by solving the newtonian equation of motion. Here we assume the cluster structure is a linear-chain so that the incident condition is characterized only by the polar angle between the cluster axis and the direction of incidence. As a result, the calculated energy-loss values are in agreement with the trend of existing experimental data. This report displays that the present theoretical treatment can also derive both the negative and the positive cluster effect in the energy-loss process. In this respect, the present treatment will be able to predict the energy-loss and the average charge more widely.
ions千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 151, 2012/01
ボーア速度以上のクラスターイオンが固体中を移動するとき、解離したクラスター構成イオンの後方には固体内電子によるイオン誘起ポテンシャルが発現する。周囲のイオンによる誘起ポテンシャルが構成イオンの電荷に与える影響を調べた。薄膜を透過したC構成イオンは、前方のイオンの電荷よりも後方のイオンのそれの方が大きくなる傾向があることを見いだした。
齋藤 勇一; 柴田 裕実*
JAEA-Review 2009-066, 118 Pages, 2010/07
JAEA-Review-2009-066.pdf:26.17MB
本研究レビューは平成18年度から20年度までの3年間、連携重点研究に採択された「高速クラスターイオンビームによる物質との相互作用及び照射効果の解明」(研究代表者;原子力機構:神谷富裕(平成18年度),横田渉(平成19度),小嶋拓治(平成20年度),京都大学:柴田裕実)の研究成果をまとめたものである。それぞれの研究結果の要旨の後に、最終年度に行われたグループ内研究会(平成21年3月)及び「高LET放射線研究会; 物理・化学・生物の基礎研究から医学応用まで」(主催:日本放射線化学会「先進放射線化学シンポジウムSARAC2009」,共催:本連携重点研究グループ)で用いたスライドを収録した。
金子 敏明*; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 鳴海 一雅
no journal, ,
炭素薄膜を通過したときのエネルギー損失に関して、1原子あたりの入射エネルギーが1MeV程度以上では、これまで、正のクラスター効果が観測されてきたが、最近、負のクラスター効果も報告された。そこで、われわれは、クーロン爆発の効果のみでなく媒質電子の分極力を取り入れた理論的枠組みを構築して、入射エネルギーの広い範囲にわたって計算し、実験データとの比較を行った。その結果、入射エネルギーが増加するにつれて、「負のクラスター効果」から「正のクラスター効果」に転移していくことを計算で再現することに成功し、実験データの傾向との良い一致が得られた。
構成イオンの相対位置と電荷千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
no journal, ,
薄膜を透過した高速(ボーア速度以上)クラスターイオンの平均電荷は同速度の単原子イオンのそれよりも減少する。これは、薄膜内部で解離した構成イオンの間のクーロン場によって束縛電子エネルギーが増加することに起因すると考えられている。一方、構成イオンの後方に誘起される電場からの電荷への影響についてはよくわかっていない。薄膜を透過したC構成イオンの空間配置と電荷の関係を調べたところ、後方のイオンの方が前方のイオンよりも電荷が高くなる傾向を示した。これは、イオン誘起電場が構成イオンの電荷に何らかの影響を及ぼしていることを意味する。
千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
no journal, ,
TIARAでは、高速クラスターイオン特有の照射効果を応用した新たなビーム照射技術の確立に向けた基盤研究が行われている。この照射効果(クラスター効果)の発現は、固体内の微小な時空間領域に存在する複数のクラスター構成イオンによる高密度励起場の形成と構成イオン間の相互作用という単原子イオン照射にはない物理過程に起因していると考えられる。未だ十分に理解できていないクラスター効果発現機構の解明には、これら2つの物理過程を詳細に調べる必要がある。本研究では、構成イオン間の相互作用がクラスター効果に及ぼす影響を調べるために、薄膜を透過した構成イオンの電荷が、同速度の単原子イオンのそれよりも減少するというクラスター効果に着目し、クーロン爆発イメージング法を用いて構成イオン間の距離と電荷の関係を評価した。その結果、構成イオン間のクーロンポテンシャルが核間距離の増加で減少し、電荷へのクラスター効果が減少する様子を初めて定量的に捉えることに成功した。
金子 敏明*; 井原 功介*; 河野 雅砂*; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 鳴海 一雅
no journal, ,
本研究は、高速クラスターイオンと固体との相互作用について、構築中の理論モデルに基づいて、クラスターを構成するイオンの平均電荷とエネルギー損失(電子的阻止能)に関する包括的な特徴を示し、実験的検証を促すことを目的とする。今回は、クラスターの固体中での平均電荷を、周辺イオンの静電引力による電子束縛効果の項をこれまでの理論式に導入することによって評価した。また、クラスターイオンに対する固体の電子的阻止能を、標的物質の電子の動的関数を用いて評価した。その結果、平均電荷に関しては、粒子数が増すにつれて平均電荷減少の効果が顕著になること、イオンの速度が増すにつれて単原子イオンの平均電荷値に近づくことがそれぞれ示された。電子的阻止能に関しては、イオンの速度がボーア速度の2倍程度以上になると、粒子数が増すにつれて増加することが示された。
千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*
no journal, ,
高速クラスターイオンと物質との衝突で発現する物理現象には、単原子イオンと物質との相互作用の重ね合わせだけでは説明できないクラスター特有の照射効果(クラスター効果と呼ぶ)が存在する。クラスター効果は、衝突初期に起こるクーロン爆発後の原子間距離に依存すると考えられることから、クラスター効果発現機構を理解するためには、クーロン爆発過程やその後の原子間距離について詳細に調べる必要があった。そこで、ガス標的との衝突でクーロン爆発により解離したCの構成イオンの電荷と空間分布をイベント毎に測定し、それらの軌道を解析した。その結果、標的原子との衝突後、励起からクーロン爆発に至る過程で、クラスターの原子間距離が平均で約1.5倍に広がっていることが分かった。今後、クーロン爆発時の原子間距離とクラスター効果の関係を評価する予定である。
柳瀬 眞一郎*; 杉杖 典岳; 石森 有; 横山 薫; 小原 義之; 高橋 信雄; Rong, D.*; 竹田 宏*; 河内 俊憲*; 高見 敏弘*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所の事故により拡散した放射性物質(主にCs)で汚染された一般廃棄物の一部は、既存の焼却施設で焼却処理されている。ごみ焼却炉内では、燃焼に伴う高温加熱によって大部分のCsは揮発・気化され、ついで省エネ目的の熱回収等による放熱・減温過程でCsは凝集クラスター化され、排気ガス中の微粒子(焼却灰・ばいじん等)あるいはダクト・炉壁に付着すると考えられている。また、これらの微粒子は集塵装置(バグフィルタ等)で濾過・捕集され、焼却施設外へ拡散しないと考えられている。本研究では、ごみ焼却炉内のCs挙動を把握するため、(1)熱流体シミュレーションによるごみ焼却炉の計算モデルの開発、(2)焼却灰等へのCsの凝集・付着モデルの構築、(3)実機焼却炉のCs挙動の実証的研究を行ってきた。本報告では、これまでの成果を踏まえ、さらに数値流体力学的ないくつかの問題点を明らかにし、今後の本研究の目指すべき方向を検討する。
