Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

IMPROVEMENT OF THE ELECTRON ACCELERATORSAND THE MULTIPURPOSE BEAM APPLICATIONS AT OPU11)

Shuichi Okuda , Ryoichi Taniguchi, Takao Kojima, Takashi Oka
Radiation Research Center, U-I-G Cooperation, Osaka Prefecture University
1-2 Gakuen-cho, Naka-ku, Sakai,Osaka, 599-8570
Abstract
At Radiation Research Center in Osaka Prefecture University (OPU) 18 MeV electron linear accelerator and 600 keV
Cockcroft Walton electron accelerator have been used for scientific and industrial researches in various fields.
For
the effective multipurpose beam applications the accelerator components have been improved. The development of
ultra-low intensity beams and coherent THz light sources has also been performed. The application researches of theelectron beams and the future plans are reported.

大阪府立大学電子加速器の整備と 多目的ビ ーム 利用
１．はじめに大阪府立大学（OPU）産学官連携機構・放射線研究センターの放射線・加速器施設[1]は、2009年で発足から50年をむかえる。主な加速器として、電子ライナックとコッククロフト・ウォルトン電子加速器のほか、ビーム分析のための3 MeVのタンデムイオン加速器（陽子、ヘリウム）がある。また200 keV陽子加速器を設置、調整中である。ガン マ線照射施設、 非密封放射性同位元素、核燃料、核原料物質の取り扱い施設を含めた、総合的な 加速器・ 放射線利用施設と し て 、 学内共同利用およ び民間も 含めた 学外の利用が行われて いる [2]。ただ、限られた予算と人員で維持運営している問題がある。
こ れら の加速器では、 多目的利用のた めの条件を備え る と 同時に 、 独自の 特性を 伸ばす開発研究を行っ て いる と いう 特徴があ る 。 多目的利用ができ る加速器は、 全国でも 非常に限ら れた 状況にあ り 、 この特徴を 活かす整備を 行っ て いる 。 ま た 加速器の利用や見学を 通じ て 、 学生の教育研究、 一般への知識普及活動を 続けて いる 。
2台の電子加速器の運転、保守、整備の状況と、ビーム利用研究の現状について報告する。

２．電子線加速器の現状と計画
放射線研究センターの加速器・密封放射性同位元素利用施設の状況を図1に示す。線源棟と呼ばれる
この建屋には、加速電子線、コバルト60ガンマ線照射利用施設がある。イオン加速器は、放射線非管理区域に置かれている。1962年に設置された18 MeV
電子ライナックおよび600 keVコッククロフト・ウォルトン電子加速器により、中～低エネルギー領域での電子ビーム利用を行うことができる。それぞれ、電子ビームを下方に曲げて走査し、アルミニウムフォイルの真空窓を通過させて、空気中で試料の1加速器・密封ＲＩ施設
100 keV
トランス型電子加速器

600 keV
コッククロフトウォルトン型電子加速器

600 keV C.W. e Acc. 100 keV e Acc.

3 MeV
3 MeVタンデム型イオン加速器（p,He）
200 keV陽子加速器（調整中）
タンデム型イオン加速器

Spectrometer

OPU Linac

旧バンデグラフ陽子サイクロトロン
陽子加速器施設設置計画

パルスラジオリシス
計測系

Klystron

Modulator

Control desk

コバルト照射室（総数量4 PBq）

第318 MeV
OPU電子ライナック

第2第1プール

第430 keV
重イオン加速器

図1：加速器・密封放射性同位元素利用施設

上方から大面積に照射できる装置を有している。これは汎用の照射条件を満たし、多目的に利用が行われている。大学やその他の機関において、研究開発や試験を目的として、このような多目的照射利用ができる施設は極めて少ない。特にこのような中～低エネルギーの電子ビーム利用施設は、非常に限られている現状である。本センターのホームページにより、各研究機関から利用の問い合わせがあり、この状況が実感される。
こ れら の加速器では、 装置の要素やそれら の配置の変更が容易で、 新た な 加速器要素の開発と 試験が行え る こ と も 特徴であ る 。 ま た 種々の条件での照射が行われる こ と によ り 、 新し い研究の芽が生み出されて いる 。 こ れは、 研究上の着想が容易に実現できる 、 大学におけ る 共同利用施設の大き な 特徴であ る 。
以上のような特長を活かすために、学生の教育研

E-mail: okuda@riast.osakafu-u.ac.jp-168-Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan)

究、 一般の知識普及を 目的と し て 、 加速器の整備を行っ て き た 。 ま た こ れに加え 、 いく つかの独自ビ ーム の開発も 行っ て いる 。
加速器には、維持、運転と利用に携わる十分な人員が必要である。しかし現状では、2台の電子加速器をそれぞれ1名が担当している状況である。この改善のために、他部局の教員の協力を得るための組織作りを計画している。

３．18 MeV OPU電子ライナック
OPU電子ラ イ ナッ ク の概念図と 整備の状況を 図2に示す。 加速器室の地下にコ ン ベア を 備え た 大面積の照射設備があ る 。 ま た 遮蔽壁を 隔て て 、 ビ ーム 利用のた めの照射室があ る 。
研究用の電子ライナックとして全国で最も古いものであるために、老朽化した部分の整備が必要であったが、2005年度からの高エネルギー加速器研究機構の大学等連携支援事業により、教育研究を主な目的とする大掛かりな整備を行った。その結果、利用装置の基本となる安定した利用環境が得られた。
さらに独自ビームを開発すると共に、教育研究や知識普及が効果的に行える、より多目的な利用環境の実現に向けた整備を行っている。
Energy: 1818 MeV
Repetition: 10Repetition:
10 - 500 pps
Macropulse length: 0.05 – 4 s
Peak beam current: ～0.1 A

入射系開発
微弱化

４．コッククロフト・ウォルトン電子加速器

高強度化

THz光源
GunAccelerating
Acceleratingwave guideguideML

Buncher
Collimator
BPM

表示Q

BPM

Conveyer

Shieldingwall

BCM

BPM QQ

改良

Klystron
Klystron

Control

Slit
BMBM

用ビ ーム 強度範囲の実現を 目標と し て いる 。 電子銃
では、 十分な ビ ーム 電流を 得る た めの真空度改善、入射ビ ーム の微弱化のた めのコ リ メ ータ の設置を 目的と する シ ス テ ム の変更が必要であ る 。 ビ ーム を 地下に曲げて 走査する 大面積照射設備は、 真空の問題を 解決し て 、 近く 利用が再開さ れる 。 こ れま で溶液
試料の容器を 並べて 上部よ り 照射し 、 金ナノ 微粒子の生成、 ビ ーム 誘起化学反応な ど 特徴あ る 利用実験が行われて いる 。
電子ライナックを利用した2007年度の主要テーマ
は次のとおりである。
・超微弱電子ビームの発生と利用[3]・水溶液の照射による金属複合ナノ微粒子の生成
・制動放射光核反応による特定物質の検知と分析
・ns-msパルスラジオリシス
・コヒーレントTHz放射の計測と利用
・ラジオグラフィ
電子ラ イ ナッ ク の超微弱電子ビ ーム は、 他にな い特徴的な ビ ーム で、 放射線線量計や放射線計測器の特性測定への応用研究を 開始し た [4, 5]。 ま た コ ヒ ーレ ン ト 放射は、 特徴のあ る 半サイ ク ル光の発生と 、こ れを 利用し た ポ ン プ・ プロ ーブ実験を 計画し て いる。
電子ライナックは、この1年間、導波管におけるSF6 ガスの漏れ、水漏れや漏電のほか、特に大きな故障等はなかった。

ML: Magnetic lenz
Q: Quadrupole magnets
BM: Bending magnet
BPM: Beam profile monitor
BCM: Beam current monitor

Modulator
Modulator

安定化

図2：OPU電子ラ イ ナッ ク の概念図と 整備の状況
この整備の対象は次のとおりである。
・試料の上方から大面積に空気中照射ができるビーム走査装置（コンベアで照射試料を送る地下の大面積照射系）
・共同利用実験者、学生や一般見学者の加速器に対する理解を深めるための表示等
・超微弱ビームの発生と利用のための開発
・電子銃におけるパルサーと入射ビームのコリメーション系
・コ ヒ ーレ ン ト 放射によ る 半サイ ク ル光源の確立と ポン プ・ プロ ーブ実験系
われわれが独自に開発し た 超微弱ビ ーム は、 マイク ロ 秒パルス 当り の最低ビ ーム 電荷量を こ れま でに約10-16 Cと する こ と に成功し た 。 今後主に電子銃の整備によ っ て こ の最高値を 10-6 Cと し て 、 10桁の利

コッククロフト・ウォルトン電子加速器の最高エ
ネルギーは600 keVである。種々の試料でガンマ線照射との照射効果の違いが明らかになった。試料の上方から大面積に空気中照射ができることが特長である。また、試料を冷却しながら真空中で照射できるチェンバーを設置し、宇宙環境での試験を目的とした太陽電池半導体の照射実験を行っており、顕著な研究成果が得られている。これは、宇宙航空研究開発機構（JAXA）との共同研究である。
2007年度の主要テーマは次のとおりである。
・金属、化合物半導体、ナノ粒子、薄膜の照射
・人工衛星部品の照射試験
・カラーセンターの導入によるレーザー開発[7]
加速器は、 こ の 1年間、 高圧電源の故障にと も な
う 修理、 電子銃陰極フ ィ ラ メ ン ト の交換な ど を 行った 。 保守、 運転は、 研究セ ン タ ーOBにお願いし 、非常勤の技術者によ り 行っ て いる 。

４．おわりに大阪府立大学の放射線・加速器利用施設では、OPU電子ライナックおよびコッククロフト・ウォル
トン電子加速器の整備を行った。教育研究と知識普及が目的である。多目的のビーム利用特性を 維持しな がら 、 独自の特徴を 伸ばす開発を 行う 。
本研究のうち電子ライナックの整備については、
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構、-169-

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大学等連携支援事業で、2005-2007年度「大阪府立大学における電子線の高度利用および大学院教育のための加速器の整備」、2008年度「大阪府立大学における電子線の高度利用および大学院教育のための加速器の整備」として行われた。またコヒーレント
放 射 の 利 用 研 究 に つ い て は 平 成 20 年 度 科 研 費（20360421）の助成によった。

参考文献[1] 奥田修一, 日本加速器学会誌 2 (2005) p.96.
[2] 大阪府立大学産学官連携機構放射線研究セ ン タ ー平
成18年度共同利用報告書.
[3] 奥田修一、 大阪府立大学編高齢の 加速器が 生み出す
超微弱電子ビ ーム ・ 百舌鳥の 知恵、 「 産学官連携活動の実際」 中央経済社（ 2008） pp.165-175.
[4] R. Taniguchi et al., Radiat. Phys. Chem. 76 (2007) 1779.
[5] R. Taniguchi et al., Radiation Measurements 43 (2008) 981.
[6] 清野智史ほか、 放射線化学84 (2007) 32.
[7] T. Kurobori et al., Nucl. Instrum. Meth. B (in press).

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