高強度イオンビームの2次元強度分布計測のためのビームモニター材料の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558067
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 阿部 勝憲 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70005940)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古屋 武美 原子燃料工業, 東海製造所, 部長(研究職) ; 石井 慶造 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00134065) ; 佐藤 学 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40226006) ; 長谷川 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80241545)
• Keywords: イオンビーム応用 / イオン衝撃発光 / ビームモニター

Research Abstract

本研究では酸化物へのイオンビーム照射により生ずる発光現象(イオン衝撃発光)を利用し、高強度イオンビームの2次元ビームモニタリングを行うビームモニター材料の開発を行った。従来の酸化物(アルミナ、シリカなどでは、高強度ビーム照射で発光が飽和し、さらに熱応力によりモニター板そのものが破壊してしまうことがあったが、これらの点を克服し、水冷ステージ上に固定した場合、13MW/m_2の熱負荷によってもほとんど温度上昇の見られないモニター材料を開発した。本研究における特色は、これまでビームモニター材料として使われてきた酸化物(アルミナなど)粉末をアルミニウムまたは銅に分散した合金を作製し、イオン衝撃発光を酸化物粒子で受け持ち、熱および熱応力による影響を母相の金属によって受け持つことにより、高密度イオンビームに対しても発光が飽和せず、かつ溶融しない材料を開発した点にある。これらの合金を用いて高粒子負荷による熱と照射による発光強度劣化を評価し、高強度ビームモニター材料としての特性を評価した。
モニター用酸化物分散合金は粉末冶金法によって作製した。ビーム照射特性については東北大学ダイナミトロン加速器によるヘリウムイオンビームを用いて評価した。添加する酸化物の量、酸化物粒子の大きさ、母相金属による熱特性、加工性への影響を評価した結果、アルミナを2〜5%含み母相金属に銅を用いたアルミナ分散銅合金が、高強度イオンビームの2次元ビームプロファイルを良好にかつ長期にわたってモニターできることが分かった。また水冷ステージに固定することにより、13MW/m^2のビーム熱負荷によってもほとんど温度上昇が見られず、かつビーム形状を良好にモニターできた。さらに、より大型のモニター材料製作に必要な加工性について圧延などの加工性を検討し、この合金が50%までの冷間加工が可能であることが示された。これらの検討の結果、今後の実用化に必要な基本条件を求めることができた。