(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器にて発生された加速粒子が照射されると核反応によるβ+ 崩壊性同位元素を発生し、該β+ 崩壊性同位元素からその周囲に高速陽電子を放出するターゲット材と、
前記ターゲット材から放出された高速陽電子を受け、該高速陽電子よりも低エネルギの低速陽電子を放出する減速材と、
前記ターゲット材を内部に収納保持し、前記高速陽電子が透過可能な面を有し、前記ターゲット材よりも融点温度の高い材料で形成された保持容器と
を有する低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項２】
さらに、内部に前記減速材が配置され、前記減速材から放出される低速陽電子が飛翔する真空容器を有し、
前記保持容器が前記真空容器の外部に配置され、前記保持容器と前記減速材との間に前記真空容器の一部を構成して前記ターゲット材から放出された前記高速陽電子を透過させる窓部を有する請求項１に記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項３】
前記窓部が、前記保持容器の一部を兼ねる請求項２に記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項４】
さらに、前記減速材から放出された低速陽電子が飛翔する真空容器を有し、前記保持容器が前記真空容器の外部に配置され、前記減速材が該真空容器の壁の一部を構成する請求項１に記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項５】
前記減速材が前記保持容器の一部を兼ねる請求項４に記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項６】
前記ターゲット材は前記保持容器内で融解させた状態である請求項１〜５のいずれかに記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項７】
前記保持容器と前記減速材とが重力方向に沿って配列している請求項１〜６のいずれかに記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項８】
前記保持容器が無酸素雰囲気中に配置されている請求項２〜７のいずれかに記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項９】
前記ターゲット材がアルミニウムであり、前記保持容器がチタンあるいはタンタルを構成材料とすることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項１０】
加速器にて発生された加速粒子が照射されると核反応によるβ+ 崩壊性同位元素を発生し、該β+ 崩壊性同位元素からその周囲に高速陽電子を放出するターゲット材を、該ターゲット材が融解したときにその融液を保持することができる保持容器内に収納する工程と、
前記ターゲット材に、加速器にて発生された加速粒子を照射し、該ターゲット材から高速陽電子を放出させる工程と、
前記ターゲット材から放出された高速陽電子を減速材に入射し、該減速材から低速陽電子を放出させる工程と
を有する低速陽電子ビームの発生方法。
【請求項１１】
加速器にて発生された加速粒子が照射されると核反応によるβ+ 崩壊性同位元素を発生し、該β+ 崩壊性同位元素からその周囲に高速陽電子を放出するターゲット材料の融液に加速粒子を照射し、該融液から高速陽電子を放出させる工程と、
前記融液から放出された高速陽電子を減速材に入射し、該減速材から低速陽電子を放出させる工程と
を有する低速陽電子ビームの発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速器にて発生された加速粒子をターゲット材に照射して核変換を起こして低速陽電子ビームを得るための低速陽電子ビーム発生技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の低速陽電子ビーム発生装置は、例えばサイクロトロンのようなイオン加速器にて発生された加速粒子を固体ターゲット材に照射し、ターゲット材中で核反応によりβ+ 崩壊性同位元素を発生させる。発生したβ+ 崩壊性同位元素は、その周囲の四方八方に高速陽電子を放出する。ターゲット材から放出された高速陽電子を真空容器中の減速材に入射させる。減速材は陽電子に対して負の仕事関数を持つ材料であり、高速陽電子の入射により、それよりも低エネルギの低速陽電子を放出する。真空容器中に放出された低速陽電子は引出し電極でビーム状態にされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アルミニウム材料などでできた固体ターゲット材に照射する加速粒子のイオン電流を増加してゆくと、例えば５０μＡ程度（この場合発生可能な低速陽電子ビーム強度は毎秒２×１０7 個程度。）を超えるとそのエネルギにより固体ターゲット材が加熱され融解する恐れがある。
【０００４】
ターゲット材が減速材を収納する真空容器中に配置されている場合に、ターゲット材が融解すると融解したターゲット材が容器内に飛散するために容器の真空状態を乱し、低速陽電子ビームの安定した発生が困難となる。また、ターゲット材が真空容器の外に配置されている場合でも、ターゲット材の融解によりターゲット材の流出につながり、これも低速陽電子ビームの安定した発生が困難となる。さらに、従来は、固体ターゲット材の融解を防止するために、ターゲット材を冷却するための冷却装置を備えることがあった。
【０００５】
従って、従来は固体ターゲット材の融解温度の制約から、加速粒子のイオン電流の増加には限界があり、得られる低速陽電子ビーム強度には上限値があった。
【０００６】
本発明の目的は、ターゲット材の融解に起因する問題を解決して、高強度の低速陽電子ビームを得ることのできる低速陽電子ビーム発生装置と発生方法とを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、加速器にて発生された加速粒子が照射されると核反応によるβ+ 崩壊性同位元素を発生し、該β+ 崩壊性同位元素からその周囲に高速陽電子を放出するターゲット材と、前記ターゲット材から放出された高速陽電子を受け、該高速陽電子よりも低エネルギの低速陽電子を放出する減速材と、前記ターゲット材を内部に収納保持し、前記高速陽電子が透過可能な面を有し、前記ターゲット材よりも融点温度の高い材料で形成された保持容器とを有する低速陽電子ビーム発生装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によると、加速器にて発生された加速粒子が照射されると核反応によるβ+ 崩壊性同位元素を発生し、該β+ 崩壊性同位元素からその周囲に高速陽電子を放出するターゲット材を、該ターゲット材が融解したときにその融液を保持することができる保持容器内に収納する工程と、前記ターゲット材に、加速器にて発生された加速粒子を照射し、該ターゲット材から高速陽電子を放出させる工程と、前記ターゲット材から放出された高速陽電子を減速材に入射し、該減速材から低速陽電子を放出させる工程とを有する低速陽電子ビームの発生方法が提供される。
【０００９】
ターゲット材料よりもより高融点の材料でできた保持容器内にターゲット材を収納したことにより、ターゲット材が熱で融解したとしても、その融液が飛散したり流出することがない。このため、真空容器内や周囲環境を汚染して低速陽電子ビームの発生に悪影響を及ぼすことを防止できる。ターゲット材料を融解状態のままで使用できるので、融解温度の制約はなくなり、加速粒子の強度を増して従来より高強度の低速陽電子ビームを得ることができる。
【００１０】
本発明の他の観点によると、加速器にて発生された加速粒子が照射されると核反応によるβ+ 崩壊性同位元素を発生し、該β+ 崩壊性同位元素からその周囲に高速陽電子を放出するターゲット材料の融液に加速粒子を照射し、該融液から高速陽電子を放出させる工程と、前記融液から放出された高速陽電子を減速材に入射し、該減速材から低速陽電子を放出させる工程とを有する低速陽電子ビームの発生方法が提供される。
【００１１】
融液に加速粒子を照射するため、固体ターゲット材を用いる場合と異なり、加速粒子の強度を増加させることができる。このため、高強度の低速陽電子ビームを得ることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図８を参照して、本発明の低速陽電子ビーム発生装置の実施例について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の断面図である。低速陽電子ビーム発生装置は、サイクロトロンのような加速器１で発生した加速粒子１０が水平に照射されるターゲット材１１と、ターゲット材１１から放出される高速陽電子を受けるように配置された減速材１２とが図示のように配置される。ターゲット材１１は、ターゲット材１１よりも高い融点温度を有する材料で形成された保持容器１３中に収納されている。減速材１２は、真空容器１４中に配置される。ターゲット材１１を収納した保持容器１３は、真空容器１４の外部に配置される。
【００１４】
ターゲット材１１の入射面１１ａに保持容器１３の壁を透過した加速粒子１０が照射されると、ターゲット材１１中に核反応によりβ+ 崩壊性同位元素が発生する。β+ 崩壊性同位元素は、その周囲の四方八方に高速陽電子を放出する。ターゲット材１１から放出された高速陽電子（β+ 線）１５は保持容器１３の壁と、真空容器１４の窓１４ａを透過し、真空容器１４中の減速材１２に入射する。減速材１２にβ+ 線が入射すると、入射したβ+ 線よりも低エネルギの低速陽電子が、減速材１２の入射面と反対側の面から放出される。減速材１２から真空容器１４中に放出された低速陽電子は引出し電極１６で低速陽電子ビーム１７にされる。低速陽電子ビーム１７は、低速陽電子ビームを利用する装置（図示しない。）に与えられる。
【００１５】
この実施例における加速粒子１０は例えばプロトンである。
ターゲット材１１の厚さは、ターゲット材中の加速粒子１０の飛程よりも若干厚くする。このような厚さとすることにより、ターゲット材中に入射した加速粒子をすべてターゲット材中で停止させることができ、下流に位置する保持容器１３の壁１３ｂに照射による損傷を与えることを防止できる。
【００１６】
具体的には、例えば加速粒子が１８ＭｅＶのプロトンで、ターゲット材がアルミニウム（27Ａｌ）のとき、アルミニウム中でのプロトンの飛程は１．７９ｍｍであるので、ターゲット材の厚さを１．８〜２．０ｍｍ程度とする。また、このとき発生するβ+ 崩壊性同位元素（27Ｓｉ）は、０〜１．６ｍｍの深さにまで広く分布しているので、高速陽電子は、加速粒子の入射面１１ａからだけではなく、入射面１１ａと反対側の面からも放出される。
【００１７】
ターゲット材１１をアルミニウム（融点６６０°Ｃ）とした場合は、保持容器１３は、アルミニウムよりも高融点の材料、例えばチタン（融点１７２５°Ｃ）やタンタル（融点２８５０°Ｃ）などで形成する。なお、ターゲット材をアルミニウム以外の材料で形成してもよい。例えば、ターゲット材をボロンで形成する場合には、β+ 崩壊性同位元素として11Ｃが発生する。ただし、ターゲット材からの高速陽電子の脱出能力（脱出係数）は、アルミニウムターゲットを用いる方が、ボロンターゲットを用いる場合よりも１０倍程度大きい。
【００１８】
減速材１２は、例えばタングステン（融点３３８２°Ｃ）で形成され、その厚さは約２５μｍである。より具体的には、タングステン箔を真空中で焼鈍し欠陥を取り除いたものである。
【００１９】
保持容器１３の壁は、高速陽電子が損失少なく透過できるように、充分薄くすることが好ましい。例えば、ターゲット材１１の入射面１１ａ側に面する保持容器の壁１３ａは１０μｍ程度の厚さとし、入射面１１ａと反対側の壁１３ｂは、ターゲット材１１から放出した高速陽電子が効率よく透過するように、２００ｎｍ〜１μｍの範囲とする。なお構造強度上許される範囲でより薄い方が望ましい。
【００２０】
また、真空容器１４の高速陽電子１５が通過する窓１４ａにもまたチタンなどの高融点材料を使用するが、この窓材も保持容器１３の壁１３ｂと同程度に薄く形成することが望ましい。
【００２１】
この実施例においては、ターゲット材のアルミニウムよりも高融点を持つチタンあるいはタンタル材料でターゲット材を収納し保持するための保持容器１３を形成している。このため、加速粒子のエネルギによりターゲット材１１が融解して液状となったとしても、ターゲット材が保持容器１３の外に流出することはなく、高速陽電子発生の機能を維持することができる。従って、加速粒子の強度を増加しても低速陽電子ビームの発生に影響はない。
【００２２】
図２は、第２の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の断面図である。図１と同じ参照番号で示す構成部分は、実質的に図１の対応する構成部分と同一機能を有する。図１の実施例と異なるのは、第１の実施例の保持容器１３の壁１３ｂが真空容器１４の窓１４ａを兼ねる点である。保持容器１３の底面及び側面と、窓１４ａとは、例えば溶接により固着される。これによりターゲット材１１から放出された高速陽電子の減衰量を少なくすることができる。
【００２３】
図３は、第３の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の断面図である。図１と同じ参照番号で示す構成部分は、実質的に図１の対応する構成部分と同一機能を有する。図１の実施例と異なるのは、減速材１２が、真空容器１４の高速陽電子１５が通過する窓１４ａを兼ねる点である。この実施例においてもターゲット材１１から放出された高速陽電子の減衰量を少なくすることができる。
【００２４】
図４は、第４の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の断面図である。図１と同じ参照番号で示す構成部分は、実質的に図１の対応する構成部分と同一機能を有する。図１の実施例と異なるのは、減速材１２が、第１の実施例の保持容器１３の壁１３ｂと、真空容器１４の高速陽電子１５が通過する窓１４ａとの双方を兼ねる点である。保持容器１３の底面及び側面と、減速材１２とは、例えば溶接により固着される。この実施例においてはターゲット材１１から放出された高速陽電子の減衰量をさらに少なくすることができる。
【００２５】
図５〜図８は、それぞれ第５〜第８の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の断面図を示す。これらの実施例においては、保持容器と減速材とが重力方向に沿って配列している。図１と同じ参照番号で示す構成部分は、基本的に図１の対応する構成部分と同じ機能を有する。これらの実施例の低速陽電子ビーム発生装置では、サイクロトロンのような加速器で発生した加速粒子１０がターゲット材１１に垂直（重力方向）あるいは斜め上方より照射される。
【００２６】
図５〜図８の実施例は加速粒子の照射方向が垂直でしかも保持容器１３と減速材１２の配列方向が垂直である点が図１〜図４の実施例と異なるが、それ以外は基本的には同一構造で、効果も同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、図５〜８の実施例は、それぞれ図１、図２、図３及び図４の実施例の構成にそれぞれ対応する。
【００２７】
以上説明した実施例において、真空容器１４の外の保持容器１３などが配置される環境は、温度上昇による構造物の酸化を防止するために、窒素雰囲気やヘリウム雰囲気などの無酸素雰囲気中とすることが好ましい。
【００２８】
また、ターゲット材１１は、保持容器１３と共に、液体や気体などの流体の冷却媒体（図示せず。）を使用して強制冷却してもよい。あるいは、冷却は行わず、ターゲット材１１と保持容器１３を積極的に加熱することでターゲット材１１だけを融解させて、ターゲット材を均一化して使用してもよい。
【００２９】
従来は、ターゲット材の融解温度の制約により、発生可能な低速陽電子ビーム強度は毎秒２×１０7 個程度であった。本発明の実施例によると、加速器からのイオン電流を１ｍＡ程度以上に増加でき、そのとき発生可能な低速陽電子ビーム強度は毎秒４×１０8 個程度となる。
【００３０】
上記実施例では、減速材１２をターゲット材１１の後方に配置した場合を説明したが、ターゲット材１１の入射面側から放出されたβ+ 線が減速材に入射するように、減速材１２をターゲット材１１の入射面側に配置してもよい。
【００３１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ターゲット材料よりもより高融点の材料でできた保持容器内にターゲット材を収納したことにより、ターゲット材が熱で融解したとしても、飛散や流出することなくターゲット材としての機能をそのまま維持することができる。また真空容器内や周囲環境を汚染して悪影響を及ぼすことがない。さらに、ターゲット材料は融解状態のままでも使用できる。したがって、従来のようなターゲット材の融解温度の制約はなくなり、加速粒子の強度を増して従来より高強度の低速陽電子ビームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図５】本発明の第５の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図６】本発明の第６の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図７】本発明の第７の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【図８】本発明の第８の実施例による低速陽電子ビーム発生装置の構成図。
【符号の説明】
１    加速器
１０    加速粒子
１１    ターゲット材
１１ａ  入射面
１２    減速材
１３    保持容器
１４    真空容器
１４ａ  窓
１５    高速陽電子
１６    引出し電極
１７    低速陽電子ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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