13．RI ビームラインと 生成ターゲット

理化学研究所
吉

田

光

一

目

次

RIビームラインと 生成ターゲット
１

はじめに … …………………………………………………………………………………………………

13－１

２

RIビームの生成、分離、収集 … ……………………………………………………………………………
２．１ RIビームの生成………………………………………………………………………………………
２．２ RIビームの分離、収集… ……………………………………………………………………………
２．３ エネルギー減衰板… …………………………………………………………………………………
２．４ RIビームの同定と輸送………………………………………………………………………………

13－１
13－１
13－１
13－２
13－２

３

13－２
13－２
13－４
13－６
13－８

RIビーム用生成ターゲット … ……………………………………………………………………………
３．１ RIビーム生成ターゲットの特徴……………………………………………………………………
３．２ RIBFのRIビーム生成ターゲット… ………………………………………………………………
３．３ 除熱性能とその評価… ………………………………………………………………………………
３．４ 運用実績… ……………………………………………………………………………………………

４

まとめ … ……………………………………………………………………………………………………

13－８

５

謝辞 … ………………………………………………………………………………………………………

13－８

参考文献 … ………………………………………………………………………………………………………

13－８

の反応の大きな特徴で、生成した RI ビームの収RI ビームラインと生成ターゲット

集と分離を容易にしている。
入射ビームとしてウランを使用する場合、ウランの飛行核分裂反応も RI ビーム生成によく使わ

1. はじめにれる反応である。これはビームとして入射したウ物質を作っている原子の中心にある原子核は

ラン原子核が、ターゲット原子核と衝突した際に陽子と中性子とが核力で結びついたものである。
原子核中の陽子数と中性子数により原子核の性

エネルギーをもらい核分裂をおこすもので、その質は決まり、約 7000 個の原子核が存在すると言とする。

われている。このうち寿命が無限大で、崩壊しな
い安定な原子核が 251 個、寿命が地球の年齢より2.2. RI ビームの分離、収集結果生じる核分裂片を分離、収集して RI ビーム

も長くほぼ崩壊しないといってよい原子核が 35生成した RI は、RI ビームラインによって、収個ある。それ以外の原子核は有限の寿命で放射線集され、RI の核種の選別を行って、RI ビームとを出してほかの原子核へと変わっていく不安定な原子核、Radio Isotope（RI）で、これまでに約3300 個の RI が見つかっている。RI ビームは、このような RI をビームとしたもので、その生成方なる。Fig. 1 は、RIBF の RI ビームラインである
超伝導 RI ビーム生成装置 BigRIPS の配置を示したものである。BigRIPS は、F1 から F7 までの 7
つの焦点をもつビームラインで、標準的な使用方

法は、加速器で RI を加速して RI ビームとするも

法 で は F1 、 F4,5,6 が 運 動 量 分 散 を 持 つのと、加速器で加速した安定核ビームから核反応（Dispersive な）焦点で、F2,3 および最終焦点のによって RI を生成し、これを集めてビームとす

F7 が運動量分散を持たない（Achromatic な）焦るものの 2 つに大別される。この講義では、後者点となっている。3 台の超伝導四極電磁石が 1 つの安定核ビームから RI ビームを生成する形の RI
ビームラインについて、理化学研究所の RI ビーと常伝導の双極電磁石で構成されるこのビーム

ムファクトリー（RIBF）の超伝導 RI ビーム生成の低温容器に入った超伝導三連四極電磁石 STQ
ラインは、標準モードで、角度アクセプタンス x

装置 BigRIPS [1-4]を例に詳しく述べることにする。

方向±40 mrad、y 方向±50 mrad、運動量アクセ

2. RI ビームの生成、分離、収集

常温ボーア半径は 120 mm (ターゲット直後のプタンス±3%という大きなアクセプタンスを持っている。この大立体角を実現するため、STQ の2.1. RI ビームの生成核子当たり 100MeV を超える重イオンビーム（安定核ビーム）をターゲットに照射すると、ビー
ム原子核のいくつかはターゲット原子核に衝突し、核反応がおこり RI が生成する。RI ビームの生成に多く使われている反応は入射核破砕反応とよばれるもので、入射（ビーム）原子核が衝突したターゲット原子核によって削り取られるものである。その結果として、入射原子核よりも小さい RI がその核種によらず、広い範囲に生成する。このため一種類の入射ビームから多種類の RIを生成することができる。また生成した RI がほ
ぼ入射ビームと同じ速度を持っていることも、こ

13－ 1

Fig. 1BigRIPS の配置図

STQ1 の中の最初の四重極電磁石のみ 90 mm)とあるため、一様の厚さのエネルギー減衰板を挿入

大口径であり、双極電磁石の磁極間距離は 140
mm となっている。

するとビームの運動量幅は、通過後広がることになる。F1 のような運動量分散のある焦点では、焦ターゲットで生成された RI および未反応の一点上の位置とビーム粒子の運動量は相関をもっ次ビームは、STQ1 を通って D1 へ運ばれる。D1では、ターゲットで反応しなかった一次ビームをている。そこで、焦点上の位置によって減衰板の磁気剛性、すなわちビーム粒子の運動量/荷電数ので厚くしてやると、減衰板の前後で中心粒子に対違いを使って RI ビームから分離し、一次ビーム

を D1 の側面および出口部に設置したビームダンする運動量の幅を同じにすることができる。このようなクサビ形をした減衰板を用いると、運動量プを使って停止させる。

幅が変わらないため、減衰板から下流のビームラ

厚さを変えて低運動量粒子で薄く、高運動量粒子

D1 を通過した RI は、STQ2 で収束されて、インを中心粒子の運動量にスケールするだけで、

dispersive な焦点 F1 に運ばれる。ここにスリッ

うまく F2 に運動量によらない Achromatic な焦トを置いて RI の磁気剛性を選ぶようになってい点を結ぶことができる。RI ビーム生成時のビームる。RI の磁気剛性は RI の質量数 A、陽子数 Z、ラインの調整が容易になるため、クサビ形のエネ
ルギー減衰板がもっぱら使われている。

および速度Ｖとすると、A・V/Z に比例する。また

ターゲットで生成された RI はほぼ同じ速度を持っていることから、磁気剛性を選択することで、RI の質量数/陽子数 A/Z (RI に電子がついている

2.4. RI ビームの同定と輸送F1 焦点における A/Z の選択に加えて、F1 エネ

場合は質量数/荷電数 A/Q)の違う RI を選び出す

ルギー減衰板での Z によるエネルギー損失の違い

ことができる。
このように F1 での磁気剛性の分析の結果としを用いて F1-F2 間で磁気剛性分析を行うことで、F2 焦点では、A（Z）による分離が得られる。こて、RI ビームの A/Z を選ぶことができる訳だが、こにスリットを置いて粒子を選択することで、RI

RI の核種を選び出すためには、もう一段 A もしの核種の選択が完成する。

くは Z による分離が必要である。そこで、F1 でBigRIPS でこの下流に連なる F3-F７のセクシ

A/Z を選択した後に RI をエネルギー減衰板と呼ョンは RI の同定を行うセクションで、F3-F7 のばれる薄板を通過させる。物質中での荷電粒子は同じ速度の場合、Z2 に比例するエネルギーを失う

飛行時間、F5 焦点のビーム位置から求まる RI の磁気剛性、および F7 にあるエネルギー損失検出

ため、A/Z が同じ RI であっても物質通過後は、Z器（イオンチェンバー）の情報からビーム粒子のが異なる RI は異なるエネルギー、速度を持つことになり、磁気剛性に違いが生じる。この違いを核種をビーム粒子ごとに同定することが可能となっている。

STQ3－D2―STQ4 の電磁石を使って再度分析することにより、Z の違いを分離することができる。
このように間にエネルギー減衰板を入れ 2 段階で磁気剛性の分析を行うことで、RI の A と Z を選

3. RI ビーム用生成ターゲット
3.1. RI ビーム生成ターゲットの特徴
これまで、RI ビームの生成、分離、同定の過程

択することが可能となる。

を見てきたが、その生成ターゲットに見られる特徴をあげてみる。

2.3. エネルギー減衰板
RI 分離のために F1 に挿入するエネルギー減衰板だが、ビーム粒子の物質中でのエネルギー損失

まずターゲットに照射される安定核ビームだ

は、速度の大きい粒子の方がエネルギー損失は小が、RIBF の場合 RI ビーム生成用の一次ビームとして、12C、18O、48Ca、70Zn、78Kr、124Xe、238U

さく、速度の遅い粒子の方が大きいという性質がが使われている。ビームエネルギーは核子当たり345 MeV、スポットサイズは直径 1 mm 程度であ13－ 2る。最大ビーム電流は 238U で 0.3 particle µA(pµA)、他のビーム核種で 1 pµA を目標としている。
（particle µA はビーム電流 µA をそのビーム
粒子の電荷数で割ったもので、重イオンビームの3.1.2. ターゲットの厚さ
RI ビーム生成に使うターゲットの厚さは、生成する RI ビームにより、様々な厚さのものが使われる。厚いターゲットの方が RI の生成効率は高ビームの粒子数を表す単位である。
）

いが、ターゲット通過後の RI ビームの角度やエ3.1.1. ターゲットの材質

ネルギーの広がりとの兼ね合いで、厚さは決まっ

ターゲットの材質としては入射核破砕反応には、ベリリウム Be やカーボン C といった軽い元素からなる物質が使われる。核破砕反応の反応断
面積は、ターゲットの原子核の種類にはあまり依存しないが、ビームがターゲット中を進む際に受けるクーロン多重散乱による角度やエネルギーの広がりが、軽い元素のターゲットの方が少ないからである。
ウランビームの飛行核分裂反応を RI ビーム生
成に使う場合には、ウランビーム原子核に励起エネルギーを与える反応機構によって、ターゲットに使われる物質が変わってくる。ビームであるウてくる。RI ビームは、RI 生成反応そのものによってエネルギー、角度に広がりを持っている。これにターゲット中での多重散乱による広がりが加わる。さらに厚いターゲットでは、ターゲット
中でのエネルギー損失が反応前の一次ビームと反応後の RI ビームで違うため、ターゲット中での反応点の違いによって、ターゲット通過後の RI
ビームのエネルギーに広がりをあたえる。これらの RI ビームのエネルギーや角度の広がりは、RI
ビームの収集効率を低下させ、時に RI ビームの核種分離を難しくする。このため、生成元となる
安定核ビーム（一次ビーム）の核種と生成する RI

ラン原子核がターゲットの原子核に衝突し、そのビームの核種に応じて適切に選択する必要がある。

一部がはぎ取られる際に、ウラン原子核の残りのターゲット中でのエネルギー損失が一次ビー部分が励起エネルギーをもらって核分裂を起こ

ムと RI ビームで違うことを利用して、ターゲッ

す核破砕―核分裂（abrasion-fission）では、先と同じく、軽い元素でできたターゲットが用いられ

トの厚さを変えることで、ターゲット通過後の目的とする RI の磁気剛性と一次ビームの磁気剛性

る。

の違いを調整することができる。D1 のビームダ

一方、重い元素でできたターゲットを用いると、ターゲット原子核の周りの強いクーロン力のンプに一次ビームが止まるようにターゲットのため、直接原子核同士が衝突することなく、そばターゲットの厚さとしては、経験的に一次ビー
ムの飛程の 30‐50%のものを用いることが多い。

を通過するだけでターゲット原子核のクーロン場からビーム原子核はエネルギーをもらうことができる。これはクーロン励起といわれる反応
で、これによりエネルギーをもらったウランビー
ム原子核が核分裂を起こすのが、クーロン励起―
核分裂（Coulomb fission）である。この反応のためには陽子数 Z の大きいターゲット、金 Au（Z=79）や鉛 Pb（Z=82）が多く用いられるが、RI
ビーム生成用のターゲットとしては後述するターゲットの耐熱性の観点から、融点の高いタング
ステン W（Z=74）が利用されている。

厚さを選ぶことも RI ビーム生成上重要である。

実際 238U 345MeV/核子ビームの場合、ベリリウ
ム中での飛程は 13 mm であり、4－6mm の厚さのベリリウムターゲットがよく用いられている。
48Ca 345 MeV/核子ビームでは、
飛程は 52 mm で、

15―30 mm の厚さのターゲットがよく使われている。
3.1.3. ターゲット中での発熱ビームがターゲットに入射すると、ビームはターゲット中でエネルギー損失をしながら通過していく。その際のエネルギー損失はターゲット中での発熱となる。RI ビーム生成に大強度の重イオ

13－ 3ンビームを使うため、ターゲット中での発熱密度できる利点がある。ベリリウムは融点が 1287℃が高いのも特徴である。RIBF の 238U 345 MeV/

で熱伝導率が 200 W/m K と高いため、この伝導核子のビームが Be 4 mm 厚さのターゲットに入射した場合を考えるとビーム強度が 1 pµA の場
合、18 kW の発熱となる。ビームスポットの大きさは直径１mm 程度であるので、体積密度にすると 5.7 kW/mm3 となる。ベリリウムの比熱 1.82
J/g ℃と密度 1.85 g/cm3 を使ってこれを温度上昇に換算してみると、断熱状態（周囲に熱が逃げない）では、1 ms の間に 1700 ℃の温度上昇をもたらすこととなり、すさまじい熱量であることがわかる。
この熱密度ではターゲットが溶融しないよう除熱することは不可能である。そこで、熱密度を下げることを考える。ターゲットを円盤状にして回転させ、その外周付近にビームを当てるようにすると発熱を円周上に分散できる。直径 30cm 程度の円盤の縁にビームを当てることを考えると、熱密度を 1/1000 程度に下げることが可能である。
このようにして熱密度を 6 W/mm3 程度に減少させる。それでも、1 秒間に 1700℃の温度上昇をもたらす熱を取り除く必要がある。
真空中で回転する円盤ターゲットからの除熱方法としては 2 つの方法が考えられる。1 つは高冷却タイプのターゲットに適した材料である。
3.2. RIBF の RI ビーム生成ターゲット
3.2.1. 生成ターゲットの全体構造
RI ビーム生成ターゲットの例として、RIBF の

超伝導 RI ビーム生成装置 BigRIPS の生成ターゲット[5-8]について、その構造を詳しく見てみよう。

この生成ターゲットは、RIBF の超伝導サイクロトロン SRC から得られる 345MeV/核子の 12C～238U ビームの最大ビーム電流 1 pµA を受けてRI ビームを生成するターゲットとして、設計・製作されたもので、伝導冷却式の回転ターゲットである。RI 生成ターゲットとして直径 30 cm のベ
リリウム円盤を採用し、この中心部分を水冷された冷却円盤に接触させ、回転軸を通じて導入した冷却水を通じて除熱するという、水冷式回転円盤
ターゲットとなっている。高効率の RI ビーム生成をめざし、RI ビーム生成効率の高いベリリウム
をターゲット材として使用している。

温となる回転ターゲットからの熱輻射をターゲット円盤と対向するように置かれた固定された冷却板で受けて冷却する方法である。この方式では、回転するターゲットには冷却のための水路は不要で、水路を組み込む冷却板は固定したものとなるので、回転部分の構造が簡単で済むという特徴がある。ただターゲットの材質としては輻射で冷却されるため、高温に耐える材質であることと輻射効率の良いものである必要がある。炭素（グラファイト）は，融点（昇華点）が 3642℃と高く，輻射率も 0.8-0.9 と高いため，この方式のターゲットを作るのに適した材質である。
もう一つの方式は、回転ターゲットの回転軸から冷却水を導入し、そこへの熱伝導で冷却する方式である。回転軸への冷却水の導入機構が必要になるなど、回転ターゲットの構造が複雑になる欠点があるがターゲットを比較的低い温度で運用

13－ 4

Fig. 2 BigRIPS ターゲットシステムの主要機構。

ターゲットシステムは、1.4 m x 1.0 m x 0.8 m

は、回転シャフトに冷却水を導入するロータリーの真空チェンバーに格納され、前後のビームダク
トとつながっている。チェンバーの横側面は一枚ジョイントが設けられ、これを通じて二重管となっている回転シャフトに冷却水が出入りする構の大きなフランジとなっていて、このフランジに造になっている。回転シャフトには歯車が取り付

ターゲットシステムの主要な機構である、回転ターゲット 2 台、固定式ターゲットとして使用する

けられていて、ベルトを通じてモータの回転を伝えるようになっている。モータには回転トルクがターゲットラダー１台、ビーム形状を測定するプ

高く、特別なセンサーなしに回転数制御が可能なロファイルモニタ 1 台、及びにビーム電流を計測

IPM モータを使用している。専用の電源モジュー

る。Fig. 2 にその写真を示す。

が可能である。ロータリージョイントの水封能力するファラディカップ 1 台が取り付けられていルによって、100-1000rpm の範囲で回転数の制御

この側面フランジは専用台車を用いて、遠隔でが高真空には対応できないため、ロータリージョ

ターゲットチェンバーから取りはずし、生成ター

イント、モータはターゲットチェンバーの中に大ゲット周りの放射線遮蔽壁の外に搬出できるよ

気の小部屋を作り対応している。このため、回転うになっている。このため、ターゲット機構のメ

シャフトの途中に磁性流体シールをいれて大気

ンテナンスは、搬出した先の放射線量の低い場所と真空を仕切っている。
この回転ターゲットが 2 台、上下に可動な移動で行うことが可能である。

台を介して側面フランジに取り付けられている。

3.2.2. 回転ターゲットの構造

モータ、ロータリージョイントを含め回転ターゲ

回転ターゲットの詳細構造を Fig. 3 に模式的にットが全体として上下の位置を変えることによ示す。図の右側からターゲット本体、冷却円盤、って、ターゲット円盤周辺部の厚みの違う部分を回転シャフトとつながる構造になっている。ター

選択してビームに照射することが可能となってゲット本体は直径 30 cm のベリリウム製の円盤いる。

であり、その淵の部分の厚さが 3 段階に変えられている。こうすることで、一枚のターゲット円盤

3.2.3. 温度などの監視で 3 種類のターゲット厚さに対応できるようにな

ターゲットチェンバーおよび側面フランジにっている。ターゲット本体は冷却円盤にネジで取り付けられており、ターゲット円盤単独で交換可はビューポートが設けられ、そこを通じてビーム能な構造になっている。回転シャフトの他端にFig.4 ターゲット温度計測システムの構成

Fig. 3 回転ターゲット構造模式図

13－ 5

スポット周辺の様子を観察することが可能である。Fig. 4 にその構成を示す。ビューポートの窓
材にはサファイアガラスを使用しており、赤外線
カメラでビームスポットの温度を測定することが可能である。ビーム照射中に発生する強力な放射線の影響を避けるため、ビューポートからの光
は、ミラーで 3 回反射され、ターゲット周辺を取り囲む放射線遮蔽の外側まで 12m ほど運ばれて、超望遠レンズをつけた CCD カメラや赤外線カメラで観測される。またターゲットチェンバーのビューポートには、光ファイバーを使った赤外線ス
ポット温度計が設置されており、ビームスポットの温度を常時監視することができるようになっている。

赤外線カメラによる温度測定には、ターゲットの輻射率や、ターゲットから赤外線カメラまでの
光路途中の吸収などの補正が必要である。これを実施するため、ターゲットラダーの一部に、ヒー

Fig. 5 回転ターゲットの熱計算の(a)モデルと（b）結果

ター、熱電対、ベリリウム板からなる温度校正用
標的が取り付けられている。ヒーターでベリリウ
ム板を加熱し、熱電対で測定した温度と赤外線カメラで見た温度を比較することで校正を行って使って求めた 3000 W/m2 という値を、冷却盤と冷却水の間の熱伝達率としてスムーズ管の熱伝達率 6000 W/m2 を用いている。
計算結果をみると、ビームスポットの部分が最いる。

高温度となり、そこからビームの通った軌跡に沿3.3. 除熱性能とその評価って温度が徐々に下がっていく高温部のテールが続いていることがわかる。最高温度は 1230℃

3.3.1. ANSYS による伝熱計算
この回転ターゲットシステムの除熱能力を評であり、ビームスポットの直前の温度は 1030℃であることから 、ターゲッ トが一周する 間に価するために、有限要素法を用いた熱構造解析コードである ANSYS[9]を用いた伝熱計算を行っ

200℃温度が下がることになる。この時ベリリウ

た。計算モデルとして、Fig. 5(a)に示すようにビームスポット（熱源）が円周上を時間とともに移動するという形で、ターゲットの回転運動を計算に取り込み、時間依存の伝熱計算を行った。
その結果として、238U 345MeV/核子、1 pµA のビームが 2-3-4 mm 厚さの 300 rpm で回転する

ムターゲットと冷却板の接するところの温度を見るとそれぞれ 700℃、160℃であった。接触熱抵抗により、この部分に 540℃の温度差ができていることになる。
3.3.2. ビームスポット温度の測定と比較

ベリリウムターゲットの 4 mm 部分に 1 mm 四方

赤外線カメラを使ったベリリウムの回転ター
ゲットの温度の測定は、これまでのところビームのスポットサイズで当たった場合の温度分布をFig. 5(b)に示す。計算では、ベリリウムの熱伝導強度が限られていることもあり、精度の良いもの

率の温度依存性を取り込んでいる。またターゲッ
ト本体と冷却円盤の間の接触熱抵抗（接触熱伝達率）として、橘の式[10]として知られる経験式をは得られていない。Fig. 6 上段に 78Kr 345MeV/
核子 280 pnA のビームを 300 rpm で回転する
5-7-10 mm のベリリウムターゲットに照射した際の赤外線カメラによる観測画像を示す。図中で13－ 6

Fig. 7 238U 345 MeV/核子ビームに対する各種厚さの Be 回転ターゲットのビームスポット温度
3.3.3. 除熱性能の評価
そこで、これらのパラメータを用いて 238U

78

Fig. 6 Kr 345 MeV/核子、280 pnA ビームを10 mm 厚さの Be ターゲットに照射した際の温度の計測値（上段）と ANSYS 計算値（下段）

1 pµA のビームを照射した際の、各種厚さのベリ

リウム回転ターゲットの温度分布を ANSYS で予測した。Fig. 7 は 300 rpm の回転数で計算した 2-

矢印で示しているのが、ビームのあたっている位
置で、そこから左側にテールを引くように温度の高い部分がビームの軌跡に沿って続いているのがわかる。外部からの赤外線の反射によって、回転ターゲットの淵にある段差の部分がより高い
温度、60 ℃となって見えているが、ビームスポッ
トの部分の最高温度は 48 ℃である。この観測温度にあらかじめ測定しておいたターゲットの輻
射率の補正を加えると図中の矢印で示したように 106 ℃となる。
Fig. 6 下段は、この観測条件で行った ANSYS
計算によるターゲットの温度分布を示している。
最高温度とあるビームスポットの温度は 101℃と計算されていて、観測データを再現している。このことは、ANSYS 計算に用いた熱伝達率などのパラメータがおおむね妥当なものであることを示唆している。

3-4、5-7-10 mm 厚さのベリリウムターゲットのビームスポットの温度（最高温度）である。2-3-4mm 厚さのターゲットでは、ターゲットの厚さの増加に伴う入熱量の増加と、冷却板への伝熱距離の減少が互いにキャンセルしあって、ビームスポ
ットの温度はターゲットの厚さにあまりよらな
くなっている。ベリリウムの融点は 1280℃であるから、このターゲットはかろうじて溶融せずに238U 1 pµA のビームに耐えることがわかる。
一方、

厚い 5-7-10 ｍｍのターゲットでは、入熱量の増加がまさりターゲットの厚さの増加とともに、ビームスポットの温度も上がり、600 pnA 程度で融点に達してしまう。
このターゲットシステムには 2 つの回転ターゲット機構があり、2 つの回転円盤を重ねて使用することが可能である。2-3-4 mm の回転ターゲッ
トをそれぞれの冷却円盤につけて重ねて使用す13－ 7

れば、2～8 mm 厚さのターゲットとなり 238Uと 4-6-8 mm 厚さの Be ターゲットを追加整備し

1 pµA のビーム強度に耐えることが可能である。
また、回転ターゲットの回転数を上げることでた。この 2 つのターゲットを重ねて用いることで、もビームスポットの温度を下げることが可能でトの厚さが選択可能となり、238U ビームのみならある。
先に述べたように ANYSYS 計算では 4 mmの Be ターゲットに 238U 1 pµA のビームを照射しず、70Zn、 78Kr や 124Xe ビームによる RI ビーム
生成にもこの組み合わせの回転ターゲットで運た場合、ビームスポットの前後で温度が 200 ℃変用している。

1mm～11mm に間で 1 mm ステップでターゲッ

回転ターゲットの本格的運用を始めてから 8 年化する。回転数を 1000 rpm まで上げるとこの変化は 1/3 となり、ビームスポットの温度を 120 ℃になるが、これまでのところ大きなトラブルなし

程度下げることができる。このように回転数を上に運用を行っている。

げ 1000 rpm でターゲットを運用すれば、ビーム

スポットの温度は 1100 ℃程度になり、溶融に対

4. まとめRIBF の RI ビームライン BigRIPS を例に RI

して余裕を持った運用が可能になる。
ターゲット本体と冷却盤との間の熱接触を高ビームの生成ターゲットに見られる特徴についめる工夫もビームスポットの温度を下げるのにてみてきた。BigRIPS の生成ターゲットは、RI ビ

有用である。現状では、ターゲット本体の冷却盤

ーム生成効率の高いベリリウムをターゲット材への取り付けは間に何も挟まずにネジで締結するだけであるが、間に銀箔のような柔らかく、熱とした水冷式回転ターゲット 2 台を用いたもの

伝導率の高い物質を挟み込んで締結するようにる。その除熱能力は、ターゲット厚さ 4mm を超して、熱接触を改善することを検討している。この部分の温度差は 540 ℃と大きいので接触熱抵えると設計目標の 238U の 1 pµA には単体では不足すると予測されるものの、2 台の組み合わせで抗を半分程度に下げることができれば、ビームス対応可能である。ターゲット本体と冷却円盤とのポットの温度は 250 ℃程度下がることになり、大熱接触の改善により除熱能力を高め、より安定しきな効果が期待できる。

で、ターゲット厚さの選択に柔軟に対応していた生成ターゲットの運用につなげていきたいと考えている。

3.4. 運用実績
この回転ターゲットシステムは 2006 年に超伝導 RI ビーム分離生成装置 BigRIPS とともに完成
し、2007 年のコミッショニング以来、運用を続けている。当初は SRC から得られるビーム強度が限られていたため、もっぱらターゲットラダーにマウントした固定式のターゲットを使用していたが、2015 年以降、SRC のビーム強度増加に合

5. 謝辞
BigRIPS の生成ターゲットの設計、製作にあたられた理化学研究所 RIBF の久保敏行氏、吉田敦氏に深く感謝します。また日々の生成ターゲットの運用・メンテナンスに従事されている、柳澤善行氏をはじめとする BigRPS チームの皆さんにも感謝します。

わせて回転式ターゲットを使うことが主流になっている。これまでに回転ターゲットに照射したビームの最大強度は、48Ca 500 pnA、70Zn 800

参 考 文 献pnA、78Kr 600 pnA、 124Xe 160 pnA、238U 100[2] T. Kubo, K. Kusaka, K. Yoshida, A. Yoshida, T.
Ohnishi, M. Ohtake, Y. Yanagisawa, N. Fukuda, T.
Haseyama, Y. Yano, N. Kakutani, T. Tsuchihashi, K.
Sato, IEEE Trans. Appl. Supercond. 17 (2007) 1069.

pnA である。
回転ターゲット本体は、当初整備した 2-3-4
mm、5-7-10 mm、10-15-20 mm という厚さの回
転ターゲットに加えて、2018 年に 1-2-3 mm 厚さ[1] T. Kubo, Nucl. Instrum. Meth. B 204 (2003) 97.

[3] T. Kubo, D. Kameda, H. Suzuki, N. Fukuda, H.
Takeda, Y. Yanagisawa, M. Ohtake, K. Kusaka, K.
Yoshida, N. Inabe, T. Ohnishi, A. Yoshida, K.

13－ 8

Tanaka, and Y. Mizoi, Prog. Theor. Exp. Phys. 2012,
03C003.
[4] K. Yoshida, et al., 「加速器」Vol. 10 (2013) 93.
[5] A. Yoshida, K. Morita, K. Morimoto, D. Kaji, T.
Kubo, Y. Takahashi, A. Ozawa, I. Tanihata, Nucl.
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[6] A. Yoshida, T. Suda, T. Otsuki, H. Yuki, and T. kubo,
Nucl. Instrum. and Meth. A 590 (2008) 204[7] A. Yoshida, Y. Yanagisawa, T. Kubo, Nucl. Instrum. andMesh. A 655 (2011) 10[8] K. Yoshida, et al., 「加速器」Vol. 18(2022) 241.
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13－ 9