Transcript Tokai-ISOL用イオン源の開発

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
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)
• 高崎量子応用研究所(オフライン)
TIARA AVFサイクロトロン
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
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
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)
Heat shields
Anode
Cathode
heater
Plasma
Proton beam
Uranium carbide target
Target
heater
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
ISOL 用イオン源の適用範囲
H
He
Li Be
B
C
N O F Ne
Na Mg
Al Si P
S
Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba 57
Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
~71
89 Rf Db Sg Bh Hs Mt 110 111 112
Fr Ra ~103
114
116
118
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
表面電離型イオン源
FEBIAD イオン源
蒸気圧をあげる工夫が必要
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
注入深さ：数μm
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
アクチニウム系列
トリウム系列
229Th‚ 225Ra, 225Ac, 213Bi
227Ac, 227Th, 223Ra, 211Pb, 211Bi
228Ra, 228Ac, 228Th, 224Ra, 212Pb, 212Bi
重イオン核反応
211At(T =7.214h) 反応208Pb(7Li,4n), 209Bi(α,2n)
1/2
210Rn(T =2.42h) 反応206Pb(12C,4n)214Ra→210Rn
1/2
核医学で利用されるα核種
ISOL 用イオン源の適用範囲
H
He
Li Be
B
C
N O F Ne
Na Mg
Al Si P
S
Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba 57
Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
~71
89 Rf Db Sg Bh Hs Mt 110 111 112
Fr Ra ~103
114
116
118
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
表面電離型イオン源
FEBIAD イオン源
蒸気圧をあげる工夫が必要
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