HPは https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/

理研・重イオン加速器 による宇宙用部品 の 高LET シングルイベント試験
理研・仁科加速器科学研究センター（埼玉県・和光市）
産業利用開発チーム T.L. 吉田敦➢ 施設紹介、使い方➢ 技術情報：ビーム測定方法など➢ ご利用方法
赤外温度計
温風ヒーター
イオナイザー
ホタル電球

空気中照射 試験セットアップ
照射ボード

Flux測定
IC1

PLシンチ

Beam

23.10/20 宇科連67_OS04L02

理研・吉田1

加速器 概要
仁科センター RIビームファクトリー(RIBF)● 国内２番目の高エネルギー● (水素) ～ウラン を加速し、RIビーム を生成● 多段階加速で高エネルギービーム
C, Ar, Kr, Xe など ※ H は pol.-d のみ● 半導体照射は 今の所 「RRC」 まで(11～135 MeV/u)△ 加速器の間に 荷電交換膜 ( Stripper ) あり
→ 高崎TIARAのようなカクテルビームは困難→ ビーム核種切替えに１～２日かかる△ 新施設 (高エネ学術) 利用の間は、旧施設 (半導体照射) が使えない→ ビームタイム日程が混雑
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理研・吉田2

照射 ビームライン

詳細は https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/beam_line.html● ビームを広げる
散乱膜+Wob.電磁石でφ5cm内で ＜ ±10％ 一様分布

● 空気中照射真空膜～照射ボード間 = 15～35cm● エネルギー (LET) 調整
エネルギー減衰板 (Al 板 約5μmStep)→ 利用者が自由に変更可● フラックス調整
透過型検出器 (IC, PLシンチ) で常時測定
1～ 10^ 7 個/秒/cm2
加速器に連絡, メッシュ状Attenuator調整( Step = 1/2, 1/3. 1/4. 1/5, 1/10, …)

照射ボードの着脱 簡易！

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理研・吉田3

照射準備 (1)

“準備が楽” が 肝心！
● オモチャ 各種● 照射ボード交換● 温調器 ヒーター制御
温調器

アルミフレーム材 → A4まで自由サイズに対応

ヒーター出力赤外温度計● ファイバー スコープ
照射位置 拡大表示● イオナイザー
Charge Up 防止● ホタル電球
撮像素子・レンズ無し照射● 貸出セット● Xスライド、回転 十字架治具は共通● ビームコリメータ 穴各種 □,φ5～30

自社に持ち帰って準備

ビーム軸表示十字レーザー

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理研・吉田4

照射準備 (2)● User架台
各社が１台占有、棚に計測器● 架台交換● User 照射制御画面 （LET調整、ビームON/OFF、照射物移動)

切り離し、目隠しをして保管LET変更(Edeg板厚)、 Beam ON/OFF

Flux トレンドグラフ

照射物 X,Y スライド利用前日迄に、予め準備を完了させておく！

● TVカメラ ４個 Web配信

TVカメラ

架台６社分あり。

● Zoom接続 各現場 → 測定室
B2 照射室● 測定室 (1F) 管理区域外（飲食可)UserPC用モニターTV

1F 測定室

ビーム調整室照射制御PCOn Calll 待ち

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理研・吉田

照射室～測定室はClosed LAN 10G 接続
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技術情報(1) ビーム サイズ、一様性

詳細は https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/sisetsu_info.html● 散乱角度(実測) *3)*4)

Bethe Moliere 式 *5)にほぼ合っています*1) 上松 他、RADIOISOTOPES, 57, 87 (2008)*2) 自作python https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/prog/pyE5A_GafFilm解析.pdf*3) 施設用情報 https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/rep/E5Arep_測定_Gaf散乱角度.pdf

23.10/20 宇科連67_OS04L02*4) 神原, RIKEN Acc.PR 49(2016)193*5) H.A.Bethe "Moliere's Theory of Multiple Scattering",
Phys. Rev. Vol.89 Num.6 (1953) p.1256-1266 ; eq.10,22,23

理研・吉田6

技術情報(2) ビーム フラックス 測定
真空膜 Kapton● Flux 検出器 較正 (IC1 vs PL) 1 ～ 10^7 [個/cm2/秒] の広範囲で
PL vs IC1 比例領域で Fit 結果
PL [cps] = 3.615E+13 * IC1[A]
IC1[A] = 2.758E-14 * PL[cps]<-実測値ゼロ点を通る事を仮定してます。

⊿ E (in IC1) を SRIM コードで計算

電離箱（IC1)ref) ⊿E(in IC1) 計算 から求めた比例計数
PL [cps] = 3.956E+13 * IC1[A]<-予想値0.91<-実測/予想

高フラックス用（電流モード）※ 実測～予想 になっている

有効 Φ5cm
充填 = 空気
Al – Mylar 膜 5層Mylar = 14.5μm
Alumi = 0.6 μm
応用技研 C-1341SS

低フラックス用（個数モード）

プラスチック(PL)シンチレーター有効 □64x64mm
シンチ EJ-212
C, Ar 用 500μm
Kr 100μ, Xe 25μ
遮光膜 Al – Mylar
Mylar = 10.2μm
Alumi = 0.4μm
PMT φ1”
浜ホト H7415

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技術情報(2) ビーム フラックス 測定
真空膜 Kapton● Flux 検出器 較正 (IC1 vs PL) ビーム核種 による 差異《 注意 》● 軽イオン ほど、⊿E (in IC1) が 小さくなる→ 比例領域の幅が少なくなる

電離箱（IC1)→ PL vs. IC1 の較正が困難

高フラックス用（電流モード）※ C では、PLの面積を IC1より小さく して、特別な較正方法が必要でした。

有効 Φ5cm
充填 = 空気
Al – Mylar 膜 5層
Mylar = 14.5μm
Alumi = 0.6 μm● 実測 / 予想→ 重イオンほど近い値になっている

応用技研 C-1341SS

低フラックス用（個数モード）

プラスチック(PL)シンチレーター有効 □64x64mm
シンチ EJ-212
C, Ar 用 500μm
Kr 100μ, Xe 25μ
遮光膜 Al – Mylar
Mylar = 10.2μm
Alumi = 0.4μm
PMT φ1”
浜ホト H741523.10/20 宇科連67_OS04L02※ 理由(検討中)
IC1 中の recombination か？

● PLシンチは消耗品 → シンチ交換式ライトガイド※ 重イオン照射ではTotal Dose 効果で、シンチは劣化し「褐色化」→ パルス波高が下がる
Kr や Xe で 顕著
→ 毎回交換 しています

理研・吉田

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技術情報(3) ビーム エネルギー 測定
E

Range 比較

「電離」がシングルイベントを引き起こす(物質中のエネルギー減衰)

LET : Linear Energy Transfer

LET 比較
(極薄 の 感応層 が感じる エネルギー)

単位厚さ当たりの 線方向エネルギー付与
厚さ単位 [μm]、[mg/cm2]、… 何でもよい

LET

ERangeビーム核種 vs 物質 で 固有の量パラメータ● 空気中で E測定 は “難しい”ので Range で測定厚さが不明確なビーム通過物が多い。検出器のE較正が困難

ΔX

ΔE±５μm精度でRange実測

Range測定 には“薄い” 検出器が肝心です！

アルミ、Si １μm～空気 2mm相当

1） Edeg を厚くして行き、 IC2 で Bragg曲線 を実測

2） 実測 を 計算 と比較 (右図 SRIMfit Excel表で)計算パラメータ : Eout [MeV/u] = 0 となる
Edeg の厚さ： ExpR [μm] ; アルミ相当Range を求める

2020.01/23 理研シンポ・重イオンビーム育種

理研・産業チーム 吉田

9技術情報(4) LET計算 ‘SRIMfit’提供● SRIM fit ： Excel で SRIM-2013計算

SRIMfit HP : https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/Tips/SRIMfit/

自作のマクロ関数LIBです。Python版もあり。

● でも、計算を全面的に信頼しては危険です！
※ 厚さ測定、SRIM計算 にも誤差あり。
「ストラグリング」 により、E幅 (LET幅) も広がるので。

23.10/20 宇科連67_OS04L02→ 感応層手前で “停止” する厚さの Edeg設定にして、“エラー発生が無くなるか？” を自分で確認しましょう！
理研・吉田

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供給可能ビーム の LET、Range● 宇宙線 → 加速器で試験ビームの Range と LET 範囲に注意！

● 理研ビームの諸元
Beam
E 真空中
散乱膜 : Au

12C

40Ar

84Kr

129Xe

135
112.5

95
70
73.0
45.8
51.2(Φ50)
Al 0.6, Mylar 14.54
500
100
Al 0.4, Mylar 10.2
145
145
200
200

369.7424.9(Φ40)

真空切り膜 Kapton(直径)
電離箱 Ion Chamber

PL scintilator
遮光膜
空気層 Lair1
Lair2

核種毎に設定が異なります

3000
14520025100150

MeV/uμmμm(Φmm)μmμmμmmmmm

空気中照射位置でE 最大値
Si材中 最大飛程
LET調整範囲

23.10/20 宇科連67_OS04L02

理研・吉田～132～83～53～20 MeV/u～23,100 ～3,700 ～1,060～210 μm
0.2
2.2
11.4
43.5
MeV/(mg/cm2)～5.1～18.7～41.0～69.4

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ご利用方法● 料金は 約 10万円/時◆ 加速器の組合せ(施設種別)で異なります◆ 料金計算式：（施設構成別利用費 ＋ 施設消耗品費)
ｘ (利用時間) ＋ (実験消耗品)
今年度版 https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/riyou/bunrui.html● 利用時間は 12hrスロット単位

09:00～ or= 照射開始 時刻
21:00～
枠開始時刻～◆ 12hr 区切りの「スロット数」で申請
申請スロット内で、準備～照射～片づけを完了◆ 課金は、実質照射時間
照射「開始～終了」を「照射時間(最小～最大)」の範囲内で、利用者が決めてください(4000円/回)～枠終了時刻スロット枠時間
通常1～2時間 照射開始時刻～ ～照射終了時刻 >30分以上

照射準備動作確認

実質照射時間(課金時間)

ロス対応

片付け搬出

最小照射時間スロット
スロット数 枠時間
１slt
12 hr
２slt
24 hr
３slt
36 hr
４slt
48 hr

照射時間
最小 最大
7 hr 11 hr
18 hr 23 hr
28 hr 35 hr
40 hr 47 hr

最大照射時間

今期版 https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/info/● 申請は 年２期制
◆ 約 半年前 に申請 が必要「新規」申請は 「趣意書」、「見学・打合せ」が必要◆ 採択課題の実施 有効期限 = 2年間 分割実施OK
半期ごとに 「ビームタイム申請」 が必要。
◆ ビームタイム日程決定後のキャンセルは不可

23.10/20 宇科連67_OS04L02

理研・吉田12

ご清聴ありがとうございました。

23.10/20 宇科連67_OS04L02

理研・吉田13