Ver.0808

重イオン加速器 meets 宇宙産業
～加速器・産業利用の難しさ。失敗談付～
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

高校生用1は、高校生用2 と重複する部分を省いた(抜粋版)なので、話のつながりが分かりづらくてすみません。

仁科センター”加速器 応用研究” 部門

RIBF施設共用事業 Home Page
https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/HIbeam/➢ イオン育種・ゲノム (阿部、市田)
ビーム照射 → 突然変異体➢ R I 応用・核化学 (羽場)ビーム照射 → R I 製造・製薬➢ 産業”利用開発” (吉田)「加速器のビームを売る」
宇宙利用半導体・照射試験コース(E5A) 見学
見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田1

RI ビーム の産業利用(1) “失敗例”

詳しくは： https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/dvlp/RIBmamo/《 背景 》 極微量 摩耗測定 が必要

新手法 (R I トレーサー打込み法)→ [特6508650JP]

例） エンジン・ピストン部の摩耗測定→ ちょうど10年で壊れるようにしたい

R I ビーム 生成分離 装置

γ線検出器

7Be 22Na(材質硬度)

7Be(柔)

安定核ビームRI ビームへ核変換
RI トレーサーで放射化

22Na
(硬)

μm

RI 摩耗粉摩耗深さ ∝ 運転時間

摩耗し合う部品に摩耗粉を”追跡”する
別々の“R I トレーサー”を注入すれば…

潤滑油

γ線検出器

※ 自然界に無い 放射線を出すので、Back Ground フリーの 極微量測定が可能

7Be

22Na

→ 「先生、便利そうですが、“実用例”は無いんですか？」μm

摩耗深さ ∝ 運転時間

見学案内:高校生用1(抜粋版)

機械部品“RI トレーサー技術” を使えば、→ 原子核１個から測定可能
Bq

Motor
Filter

部品間の摩耗速度の違いが測れます！

売り文句！

RI 摩耗粉の量

R I の残量Bq

理研・産業チーム・吉田「言うは易し、行うは難し」で、良い実用例を示せなかった・・・。
“確実に使える“ ようになっていなかった。

2

RI ビームの産業利用(２) “失敗例”

詳しくは： https://ribf.riken.jp/sisetu-kyoyo/dvlp/GIRO/

より ”付加価値” を付ければ売れるかも？

*1)“R I 回転体” の イメージング

見学→ [特6278330JP]*1) PET : ガン診断用
Positron Emission Tomography例) 22Na → [付録２]R I トレーサー

売り文句！

→ 「先生、面白そうですが、うちには “放射線管理区域”が無いんです・・・」
被ばく国：日本の「放射線・法律」は、制限が厳しめ。
法律の壁を超える程のメリットに乏しかった→ [付録３]

見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田

3

安定核ビーム の産業利用 “成功例”「“半導体”は、宇宙へ行く前に、重イオンビーム試験が必要です！」  JAXA納品仕様 *1)
売り文句！
社内試験と同じ環境で空気中で 照射試験が可能（配線、部品交換が楽です）
エネルギー減衰板を用いて、“LET値” を調整して試験が可能

たったこれだけ見学

宇宙利用”半導体” 照射試験 E5Aコース

何も発明していません・・・。 でも、ビームが初めて売れました。
*1) 宇宙転用可能部品の宇宙適用ハンドブック （長寿命衛星編） 4.4.6 耐放射線性
https://sma.jaxa.jp/TechDoc/Docs/JAXA-JERG-2-023.pdf

見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田4

宇宙へ行く半導体の “辛さ”
半導体のシングル・イベント (SE) 効果 エラー

保護層

必要飛程Source
感応層～数μm～100μm Si材

Gate

Drain+ -++ - + “電離作用”電荷擾乱+ +-例） 宇宙用半導体デバイス *1)

最近の半導体は ”高集積化” により、重イオンビーム “1発” で、エラーが発生する。
[軽症] → ビット反転エラー (SE.Upset)[重症] → 回路が焼ききれる (SE.Burnout)
半導体故障で、ロケット：70～100億円 が パーメーカーの損害賠償問題になる！

例） 回路が焼き切れた穴 *2)*1) JAXA-RM-07-019*2) JAXA 新藤氏提供 スライドより

見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田

5

重イオンビームの ”パンチ力” = LET★ Linear Energy Transfer : dE/dx
重イオンビーム

エネルギー E
エネルギー損失 LETstop

電離(速度： 15 A.MeV)+- + -++ - +-物質 ( Si )● ビームは物質を電離(イオン化)して、エネルギーを失い、止まる。

飛程 (Range)● 重いイオンほど・・・
飛程(Range)は短い。

[ A.MeV ]

KrAr

⊿E

⊿X

LET が大きい。
C● LET曲線(Bragg Curve) の形状は、ビーム核種 と 標的核種 の組合せで決まる。

微分[ MeV / (mg /cm 2) ]Si 中の深さ [μm]Ar

KrmaxLET

線方向の、単位長さ当りのエネルギー 付与

Bragg PeakC★ （LET： ビーム１発のパンチ力）
X （照射時間： パンチの数）＝ （Dose： 照射 ”線量” Gy, Sv）

Si 中の深さ [μm]

→ 今の所、「重イオンの ”ミクロな 大パンチ力” に代わるものが無い！」“Only One“ の 科学技術 → だから売れている。
見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田6

宇宙用半導体試験に必要な 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

Flux フラックス

近距離： C～Ar, Fe

単位面積・時間当りのビーム粒子数（地球近傍： 短期間)

遠距離： ++ Kr～Xe(月、火星…： 長期間)

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➢ ビームの飛程(Range [µm] ）がデバイス感応層まで届く★ 空気中・半導体試験には、約50～100 A.MeV が最適→ 「実は、宇宙産業にピッタリ の ビームだった」
地上用Total Ionizing Dose 試験

見学案内:高校生用1(抜粋版)

宇宙用Single Event Effect 試験

理研・産業チーム・吉田

既に ”いいモノ“ を持っていた のに、気付いていなかった…

7

そこで、とにかく ”使いやすく” しました

● 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
X,Y-スライダー

自由サイズ

レーザー墨出し簡易着脱

ビームコリメーター
回転ステージ

照射ボード治具(十字架) を標準化

十字架治具

ビーム軸確認治具

料金： ～10万円/時間

User・要望

施設・改良➢ 故障デバイス交換・容易➢ 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！

”よりいいモノ“ にする努力
見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田

8

まとめ 私が学んだこと：当チームの “社是”

産業３ダメ
● 《いいもの》 を持っていても、それが 「いいものだ！」 と《すぐに分かって貰える》 ようになっていなければ、ダメ。

当チームの“失敗例”、“成功例”● 「いいものだと！」 と分かって貰えても、それが 《確実に使える》 ようになっていなければ、ダメ。
● 確実に使えても、《できる》 と 《できてる》 は 100倍 違う。
《できてる》 と 《できた》 も 100倍 違う。

《よりいいもの》 にする努力を怠っては、ダメ。

見学案内:高校生用1(抜粋版)

この繰り返し。「おごれるもの久しからず」

理研・産業チーム・吉田

9

おしまい

じじい の 説教 がましくなってすみませんでした。

見学案内:高校生用1(抜粋版)

理研・産業チーム・吉田10