| 研究課題/領域番号 |
15K15215
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
岡村 昌宏 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 客員研究員 (80332245)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ハドロンテラピー / レーザー / 陽子ビーム / レーザーアブレーション / イオン源 / 加速器 |
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| 研究実績の概要 |
医療用を見据えたレーザーイオン源での水素イオン発生方法を確立するために、長期間運転が可能なレーザー標的の開発を進めている。レーザーイオン源から水素イオンを効率よく発生するためにはある程度の面積、例えば１０センチメートル四方の表面制度の良い板状個体で水素を潤沢に含む素材が必要となる。多量の水素を含んだ個体として、最も有望であると考えられているのが水素化金属（ハイドライトメタル）である。然しながら、水素化した金属は脆性が問題となって個体板状に整形することが極めて困難であった。本研究で得られた知見は次のとおりである。
１．チタンハイドライトの粉末を金属加工された枠の中に詰めて、圧力をかけることによって安定化させ、レーザーイオン源の標的としてプラズマを発生させ、水素イオンが十分な量で発生されていることを確認した。２．通常使われるナノ秒クラスのレーザーに替わって、サブナノ秒レーザーを用いて、プラズマ発生実験を行った。これよって、数日間、イオンビームを発生させることが可能であることがわかった。（誌上発表済み）３．チタン板の表面のみを水素雰囲気中でレーザー加熱し、水素化できることを確認した。検証実験が継続されている。４．チタンよりも質量数の大きいジルコニウムのハイドライトを使って、水素ビーム発生実験を行った。母材の質量数が大きいため、水素イオンの放出速度よりもジルコニウムの放出速度は顕著に遅く、発生するプラズマパルスの初期部分にのみ水素イオンのピークが得られることを確認した。シンクロトロンへの入射実験を計画している。
以上のように、水素イオンと炭素６価イオンを同じイオン源から発生し、実用に供することがほぼ可能になったと言える。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究の準備段階では、金属板の水素化について注力していたが、レーザーパルス幅の最適化による標的損傷の緩和、板状金属の表面のみの水素化、質量数の大きい金属を母材として効率を上げるなどの技術が確率しつつある。これらの得られた知見や確率された技術を組み合わせることによって数ヶ月単位での保守作業が不要な水素用レーザーイオン源を設計することが可能になった。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究実績の概要で述べた通り、すでに研究立案時の成果は達成されていると考えられるが、より高度化するために以下の項目について研究を推進する予定である。
１．チタン板の表面水素化について、実験条件を最適化を継続する。
２．レーザー照射で実際にプラズマ発生に寄与しているのは標的表面の数百ナノメートルのみであることがわかってきた。実験を進めて、成果を国際会議で発表する予定である。
３．水素化金属の粉末を焼結させて、板状にする事を検討している。この手法が確立すれば任意の形状のレーザー標的を制作できることになるため、さらにイオン源設計の自由度を高めることができる。
以上の研究成果をより盤石なものとし、実際にシンクロトロンへ入射し、実証実験を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初期待された以上の研究成果が得られたが、反面、想定していない実験の準備に時間を当てる必要があった。
その為、時間的な制約からその成果の発信するに至っておらず、次年度での会議発表とその準備に予算を使用する必要があるため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
国際会議参加、もしくはそのための打ち合わせの為に使用する。
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