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RI ビーム開発と ISOL 利用

RI ビーム開発と ISOL 利用. 原子力機構 　　　　長　明彦. RI ビーム開発. どんな RI ビームが要求されているか どの核種のビームがほしいのか ( イオン源 ) 半減期・その核種を作る方法 ( 核反応 ) 混ざりものがあって・・・良い / 悪い ( 核反応・イオン源 ) 強度 ( 核反応・イオン源 ) エネルギー ( 加速器 ) ビームにする必要があるのか RI ビームで、さらに核反応を起こす イオン注入 ( どれくらいの深さに？→ビームのエネルギー ) 質量分離で RI の分離・濃縮を行う

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RI ビーム開発と ISOL 利用

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Presentation Transcript

  1. RIビーム開発とISOL利用 原子力機構 　　　　長　明彦

  2. RIビーム開発 • どんなRIビームが要求されているか どの核種のビームがほしいのか(イオン源) 半減期・その核種を作る方法(核反応) 混ざりものがあって・・・良い/悪い(核反応・イオン源) 強度(核反応・イオン源) エネルギー(加速器) • ビームにする必要があるのか RIビームで、さらに核反応を起こす イオン注入(どれくらいの深さに？→ビームのエネルギー) 質量分離でRIの分離・濃縮を行う 蒸着・電着・拡散・化学合成でも代用ができる(RIの量)

  3. JAEAのオンライン同位体分離器 • 東海開発センター原子力科学研究所 タンデム加速器 (オンライン・オフライン) • 高崎量子応用研究所(オフライン) TIARA AVFサイクロトロン

  4. RIビーム開発（東海） • どんなRIビームが要求されているか ＴＲＩＡＣで再加速するウラン核分裂片・天体核実験 再加速用には強いビーム（１０７ions/s） 未知核種探索（半減期数秒以下） 核分光（１０4-5ions/s） 混ざりものはない方がいい

  5. RIビーム開発（高崎） • どんなRIビームが要求されているか 133Xeイオン注入 133Xeのみを純粋に

  6. オンライン同位体分離器の性能 • 加速電圧 ～60kV • 質量分解能 1500mm/M M=200→分析電磁石の後ろで 7.5mm離れる 質量数の分離できるが 同重体の分離はできない

  7. JAEAのオンライン同位体分離器 • 東海開発センター原子力科学研究所 タンデム加速器 (オンライン・オフライン) 表面電離型イオン源 低圧アーク放電型イオン源 • 高崎量子応用研究所(オフライン) TIARA AVFサイクロトロン ECRイオン源

  8. イオン源に要求されること • 核反応で生成しながら加速するか オンラインイオン源・オフラインイオン源 ターゲット・シード調整 • イオン化に時間がかかっても良いか 分離するものの半減期 • 混ざりものがあって・・・良い/悪い 元素選択性 • 強度(イオン化効率)

  9. 表面電離型イオン源 • アルカリ、アルカリ土類、ランタノイド、アクチノイド • イオン化ポテンシャルの低い元素(<6eV) • 高温(～2300℃)で運転する→高融点ターゲット • ガスジェット型表面電離型イオン源 炭化ウランターゲット ターゲット

  10. 低圧アーク放電型イオン源 • Forced Electron Beam Induced Arc-Discharge(FEBIAD)イオン源 • 希ガス元素(Xe,Kr)、揮発性元素 • イオン化領域に“入れることができれば”元素選択性はない。 • アクチノイド用FEBIADイオン源(開発中)

  11. ECRイオン源 • Electron CyclotronResonance イオン源 • イオン化領域に“入れることができれば”元素選択性はない。 • オンラインイオン源にするのは難しい。

  12. ISOL用イオン源の適用範囲

  13. ウラン標的イオン源での収量

  14. どのようなRIビームが使えるか 将来計画：ブースター 5～8MeV/u 注入深さ：数10μm TRIAC ～1.1MeV/u 注入深さ：数μm ISOL ～数10keV/u 注入深さ：数nm

  15. 核医学で利用されるα核種 ジェネレーター ネプツニウム系列 229Th‚ 225Ra, 225Ac, 213Bi アクチニウム系列 227Ac, 227Th, 223Ra, 211Pb, 211Bi トリウム系列 228Ra, 228Ac, 228Th, 224Ra, 212Pb, 212Bi 重イオン核反応 211At(T1/2=7.214h) 　反応208Pb(7Li,4n), 209Bi(α,2n) 210Rn(T1/2=2.42h)　反応206Pb(12C,4n)214Ra→210Rn

  16. 核医学で利用されるα核種

  17. ターゲット開発 蒸気圧を上げるためには温度を上げたい ターゲットが温度に耐えられるか Pb MP=327.46℃ Bi MP=271.40℃ ターゲットを冷却しつつ、反応生成物を取り出し、 イオン源の温度を高温に保つ

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