第10回 放射線試験勉強会 22.05/13

照射施設利用の効率化について～理研・仁科加速器センターの取り組み～(埼玉県・和光市)

理研・仁科加速器科学研究センター
産業利用開発チーム
チームリーダー 吉田 敦
RIBF施設共用事業 Home Page

( 施設共用促進事業の一環で )https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/➢ 宇宙用半導体の高LET試験➢ 空気中で重イオンビーム照射※ 受託試験ではありません！
“ビームタイムの共用” 事業です。

( 取り組み )➢ 多社・連続利用の効率化➢ 「標準照射場」の確立を目指して！

理研・産業チーム・吉田1

施設紹介
800

Si600
500

FeKrXeHIMAC 放医研

理研 RI ビームファクトリー (RIBF)は、● 水素～ウラン：安定核重イオンビームを加速● R I (Radio Isotope)：不安定核ビームを生成● 国内２番目の高エネルギー重イオンビーム施設He➢ 新施設(2007～) SRCまで 高エネルギー ：国際学術利用➢ 旧施設(1986～) RRCまで 低～中エネルギー： ++応用利用● R I 製造、生物照射育種、新元素探査

TIARA 高崎Au

● 施設共用事業《 短所 》 多段階加速器なので113Nh

新施設
国際学術利用★ ビーム核種変更： １～7日必要
同じビームでまとめて実施が必要

高エネルギー～ 350 MeV/u★ 高エネルギー実験の間は、半導体照射ができません！

旧施設
施設共用事業の対象
低～中エネルギー< 100 MeV/u

理研・産業チーム・吉田

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年間スケジュール、 料金表● 年間スケジュール➢ 年２期制例) 2021年度 ： コロナ禍中➢ 24時間 ｘ 約10ヶ月運転( 下期 )( 上期 )

新施設
高エネ
学術（主）

高エネ休止時期

夏季メンテ（電気代高騰の為)

C, d, α

旧施設
中低エネ
(従属)

新元素探査実験

夏季メンテ

３社連続
Kr,Ar

３社
Kr,Ar

３社
Kr,Ar

4社
Kr,Ar,Xe➢ 半導体試験 は “スキマ産業” 利用です

● ビーム核種、飛程、LET、料金表※料金は年度ごとに改定されます

Beam核種Beamエネルギー
真空中 空気中最大[MeV/u]

Si材中LET範囲

最大飛程[µm][MeV/(mg/cm2)]

AVF+RRC～3,700
AVF+RRC～1,060RILAC2+RRC ～50

2.2～18.7
11.4～41.0
69 近傍のみ

施設構成
加速器の組合せ➢ 厚いデバイス ≧ 1mmまで試験可能 (除く Xe)
施設構成別 施設消耗品 実験消耗品
利用料金 (2022年度用)

円/時間円/時間円/回

14,800～4,00014,800～4,000

半導体照射用： 重核ビーム
40Ar
84Kr
136Xe

95
70
11～ 83～ 53～5.3

83,50068,100

生物照射用： 軽核ビーム （半導体でも利用可）
12C
20Ne
56Fe

13513590～132 AVF+RRC～129 AVF+RRC～ 72 AVF+RRC～23,100 0.2～5.1～13,370 0.5～9.0～ 2,100 4.9～29.4

83,500

理研・産業チーム・吉田➢ LET値は、範囲内で自由に変更可能 (後述)
➢ 料金= 加速器・光熱水費＋ オペレータ人件費＋ 消耗品費3

実施体制、課題審査、利用者登録● 実施体制➢ 多部門で協力体制● 産業課題採択委員会(IN-PAC)➢

外部委員(3名) 内部(1名)(採択基準）➢ 産業に貢献する内容(学術以外)➢ RIBF施設の必要性➢ 軍事目的でない● 安全審査委員会➢

内部委員(16名)➢ 全課題共通で安全審査● 外部利用者制度➢ 外部機関所属のままで知財権保持
半導体試験＝成果占有型・有償利用

２段階の課題審査➢ 放射線作業従事者である事（外部機関管理）➢ 構内宿舎等利用可
理研・産業チーム・吉田

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利用の流れ※ 2022.下期 新規利用は締切りました
次は、2023.上期からです。

● 注意事項➢

採択課題の有効期限＝２年間
・ 採択分を分割して実施可能
半期ごとにビームタイム申請が必要
・ ビームタイム混雑の為「配分無し」の事あり
なるべくまとめて実施が有利（小口は切られる。核種変更ロスが増えるので）➢ビームタイム日程決定後のキャンセルは不可

理研・産業チーム・吉田

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宇宙用半導体試験の LET、Range➢ デバイスの行先、耐用年数で試験ビーム核種が異なる
SEE試験の場合

近距離： C～Ar, Fe（地球近傍)

遠距離： ++ Kr～Xe(月、火星…)

理研では➢ ビーム E を減衰させて広いLET範囲で試験が可能※ 最大LET(Bragg Peak)は、ビーム核種固有の値です。

➢ ビームの飛程(Range [µm] ）がデバイス感応層まで届く事！
※ デバイス表面のモールド材等の厚さも考慮必要。

★ 空気中・半導体試験には、約50～100 MeV/u が最適
地上用
Total Ionizing Dose 試験

宇宙用
Single Event Effect 試験

理研・産業チーム・吉田

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照射試験環境➢ 社内試験と同じセットアップで空気中で照射 （配線、交換が楽）➢ エネルギー減衰板(Al) を用いて、LET値を広い範囲で調整して照射試験利用者が自由に変更可➢ フラックス強度 (透過型検出器で常時測定)
数10 ～ 10 7 個/秒/cm2➢ フラックス分布一様性

直径φ５cm 内で ＜ 約±５％
常設架台

User架台（分離式)
理研・産業チーム・吉田

7効率化・標準化の取り組み(1)● ビームタイムの効率化➢ User架台（分離式）➢ 利用時間＝スロット制

１） 前週に事前準備

１） 12hr 区切りスロット数で採択

２） 目隠しをして室内保管

２） 加速器ロスタイムをスロット内で吸収

３） 約２時間でUser交代

３） 後続スロットへの影響を低減
09:00～ or
21:00～
枠開始時刻～～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

③

実質照射時間(課金時間)

片付けロス対応 搬出

最小照射時間最大照射時間②（事前準備）⚫ 照射架台を占有➀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⚫ 計測装置は、架台下棚へ⚫ 課金は実質照射時間で⚫ 照射物のアライメント確認⚫ リモート制御 動作確認

⚫ 但し、最小～最大時間以内とする。
User用照射架台 ４セットあり
理研・産業チーム・吉田

8効率化・標準化の取り組み(２)● 準備作業の効率化

時短・経費削減

迅速位置出し照射部位を 選んで試験

自由サイズ

X,Y-スライダー

簡易着脱

回転ステージ

十字架治具

ビーム軸確認治具
レーザー墨出し

照射ボード治具(十字架) を標準化
ビームコリメーター➢ 故障デバイス交換・容易User・要望

施設・改良➢ アライメント再現性・向上➢ 多品種・連続試験が可能にコツコツ積み重ねて「標準照射場」をUserと共に作る！
理研・産業チーム・吉田※ 部品図、制御プログラムは、HP に公開してあります。

9信頼される「標準照射場」を目指して(1)
Flux分布一様性

Flux検出器較正

ビームエネルギー測定● 照射技術報告書( 毎回測定・報告 )気にしている事

Gaf Film感光
吸光度解析

Edeg

電離箱
IC1
PLシンチ

照射位置
IC2

⚫

加速器取出し E の変化⚫

気温・気圧の変化⚫

検出器の劣化検出器較正
IC1 : 高Flux用
PL ： 低Flux用

精度 5μm でRange 測定

User 制御 PC画面

● 照射中のトレンドデータ提供⚫

Flux値、Edeg厚、etc⚫

５秒間隔 CSVファイル⚫

試験データと照合

E減衰板厚さBeamシャッター 制御
User が 操作

理研・産業チーム・吉田

10信頼される「標準照射場」を目指して(2)● 核物理学的 な 精密測定

厚い E 減衰板 → E 幅増大 → LET幅増大→ 核反応のゴミ増大

E [MeV/u]

Al EDeg [μm]厚い 12 %→ 薄い2.8 %Al EDeg [μm]E → LET変換

X 1/10026 %LET in Si

1.3 %

薄い 

1.1 % = E 半値幅
E(Kr)
真空

0.8 % 1.1 % 1.7 % LET 半値幅 5.4 %5.6 %maxLET= 4137

核反応生成物など(ビーム不純物） ～max 2%  放射化学的実測 vs PHITS計算の比較から● 初心者対応ツールの提供→ 厚いExcel で SRIM 計算（ SRIM fit ) HPで配布中！
 自作マクロ関数として提供

多層構造、3Dチップに対応※陽子と異なり、重イオン照射は厚さでLET値が激変します。

理研・産業チーム・吉田11

将来の危惧、 P.F.に期待● 試験利用 プラットフォーム に 期待する事● 利用時間、企業数 が 急増中
利用企業数

➢

(継続、新規)( 0、 1 )( 1、 0 )( 1、 1 )( 2、 0 )( 1、 1 )( 0、 3 )( 3、 2 )( 3、 1 )● “いきなり高LETビームで大丈夫？” 特に NewSpaceの場合同種デバイスの耐性実績などを考慮した指導➢ ビームタイム枠 “買い上げ” (？)● ビームタイム日程に穴を開けない様、支払い保証。
“キャンセル” → “飛び入り” の調整が可能になるかも。
● 課題審査、放射線作業従事者  どう両立させるか？

➢ 新規利用者 = “NewSpace”の参入増加➢ 国内既存照射施設の有効利用を！

➢ 継続利用者 = 多品種 連続試験 の増加
利用時間が急増● 国内重イオンビーム施設 : エネルギー順 ≧5MeV/u (核種）
サイクロトロン： 理研(～U) > 阪大RNCP(～Xe)> 高崎TIARA(～Os), 東北大CYRIC(～Xe), 放医研AVF(～C)
シンクロトロン： HIMAC(～Xe) > 若狭湾WERC、がん治療施設(～C)
タンデム： JAEA東海ブースター(～Bi)➢ 理研は “そろそろ限界”● 利用ピークは、 何年後？ 今の何倍？
➢ 施設・需要と供給のキャパシティの議論が必要。
➢ 専用ビームラインを、いつまで維持・確保？ 増設が必要か？
➢ 人員確保。 高齢化。

D.B.を活用して 予め 適正LET指導 をして欲しい● ビーム開発費、施設老朽化対策費 ： 補助金が必要か？
利用可能枠は？ 再調査が必要では？

➢ 産業用 専用加速器新設 が必要では？
● “海外需要” も 呼び込んで理研・産業チーム・吉田12