数１００ＭｅＶ級イオンマイクロビーム安定化のためのビームモニタの開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24561048
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 佐藤 隆博 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 高崎量子応用研究所 放射線高度利用施設部, 研究副主幹 (10370404)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: イオンマイクロビーム / リアルタイム / ビームモニタ / CMOS / シンンチレータ

Outline of Annual Research Achievements

数100MeV級高エネルギーイオンマイクロビーム形成時のビームの強度は、数万cps～フェムトアンペア級である。このようなビーム強度は、電流としては少なすぎるが、粒子としては多すぎ測定が困難であるため、ビーム軌道の有効な計測手段が無かった。そこで本研究では、数10マイクロメートルの空間分解能で、ビームの強度分布を高速に測定するイオンビームモニタを開発を目的とした。両面研磨した厚さ500マイクロメートルのユーロピウム活性化フッ化カルシウム(CaF2(Eu))シンチレータをCMOS画像センサ上に密着して設置することによって、フェムトアンペア級で径が数マイクロメートルの260MeVのNeビームの位置を、光学レンズ系を使用せずとも数10マイクロメートルの空間分解能で、ビーム位置を検出可能であることがわかった。さらに、そのビームスポットの重心を計測するソフトウェアを開発し、ビームの位置のずれを1秒以下の時間分解能で数10分間にわたって安定して計測することに成功した。また、CMOS画像センサの真空中での安定動作には信号処理回路の放熱が不可欠であることが判明したが、熱伝導性シートを基板に密着させることで、解決可能であることがわかった。
以上から、ビーム位置のずれをビームシフタ電源にリアルタイムでフィードバックし、ビーム軌道を数10分間に渡って安定させる目処を得た。