RIビーム開発とISOL利用 原子力機構     長 明彦.

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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) ビームにする必要があるのか 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)

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) 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

TRIACで再加速するウラン核分裂片・天体核実験 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

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

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

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 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

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 イオン化に時間がかかっても良いか 混ざりものがあって・・・良い/悪い 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)

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

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)

ECRイオン源 Electron Cyclotron Resonance 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。

ISOL用イオン源の適用範囲

ウラン標的イオン源での収量

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 ISOL ~数10keV/u 注入深さ:数nm

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

核医学で利用されるα核種

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