JP2011033468A - Thin layer activation device using laser driving proton beam - Google Patents
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Description
本発明は、薄層放射化装置、特にレーザーで発生させた荷電粒子（陽子）を用いる薄層放射化装置に関する。 The present invention relates to a thin layer activation apparatus, and more particularly to a thin layer activation apparatus using charged particles (protons) generated by a laser.
薄層放射化とは、表面層から２００μｍ程度の深さまで放射化、すなわち放射性同位元素を生成することをいう。薄層放射化は、機械部品の摩耗速度の測定に利用されている（薄層放射化による摩耗測定）。薄層放射化による摩耗測定は、実際の運転条件で運転しながら、非接触で連続的に摩耗量が計測でき、測定感度・精度が高く、短時間で測定できるので、開発費の削減に大きく寄与する。薄層放射化による摩耗測定は、摩耗を伴う機械部品の耐久試験であり、予め機械部品の摩耗が予想される部位に、荷電粒子線（たとえば、陽子線、重水素線など）を照射して核反応を引き起こし放射化することによって、放射性核種を含有するトレーサーとする。トレーサーを放射線検出器で計測することによって、放射化した部位の摩耗量のデータが得られる。 Thin layer activation means activation from the surface layer to a depth of about 200 μm, that is, generation of a radioisotope. Thin layer activation is used to measure the wear rate of machine parts (wear measurement by thin layer activation). Wear measurement by thin-layer activation can measure the amount of wear continuously without contact while operating under actual operating conditions, and the measurement sensitivity and accuracy are high and can be measured in a short time, greatly reducing development costs. Contribute. Wear measurement by thin layer activation is an endurance test for mechanical parts that are subject to wear. A charged particle beam (for example, proton beam, deuterium beam, etc.) is irradiated on the part where wear of the machine part is expected in advance. A tracer containing a radionuclide is obtained by inducing and reacting with a nuclear reaction. By measuring the tracer with a radiation detector, data on the wear amount of the activated site can be obtained.
従来の薄層放射化は、サイクロトロン加速器を用いて生成させた荷電粒子線を用いている。サイクロトロン加速器から得られるエネルギー粒子は、単色で、ビームの発散角が非常に小さいペンシルビーム形状（サイクロトロン出口のビームの発散角は約０．５度）を有している。このため、広い面積の被検物を放射化するためには荷電粒子線を空間的に広げる必要があり、荷電粒子線の軌道を制御するための電磁石などを用いてビーム径を広げていた。また、荷電粒子線の固体内での飛行距離はエネルギーと固体の種類によって異なる。このため、所望の被検物の深さ方向に放射性同位元素の密度分布を付与するには、加速器で加速するエネルギーを調節したり、厚さの異なる減速材を用いて荷電粒子線のエネルギーを調節したりする等の作業が必要である。また、サイクロトロン加速器は、装置全体が放射線管理の必要な装置であるため、装置を収納する部屋が必要で装置全体が大型となり、装置寿命後の取り扱いが煩雑である。さらに、サイクロトロンの重量は２０トン程度であり、建屋の耐荷重を大きくする必要がある。 Conventional thin layer activation uses charged particle beams generated using a cyclotron accelerator. The energetic particles obtained from the cyclotron accelerator are monochromatic and have a pencil beam shape with a very small beam divergence angle (the beam divergence angle at the cyclotron exit is about 0.5 degrees). For this reason, it is necessary to spatially widen the charged particle beam in order to activate a test object having a large area, and the beam diameter is widened by using an electromagnet or the like for controlling the trajectory of the charged particle beam. Further, the flight distance of charged particle beams within a solid differs depending on the energy and the type of the solid. For this reason, to give the density distribution of the radioisotope in the depth direction of the desired specimen, the energy accelerated by the accelerator is adjusted, or the energy of the charged particle beam is reduced using a moderator with different thickness. Adjustment and other work are necessary. In addition, since the entire cyclotron accelerator is a device that requires radiation management, a room for housing the device is required, the entire device becomes large, and handling after the lifetime of the device is complicated. Furthermore, the weight of the cyclotron is about 20 tons, and it is necessary to increase the load resistance of the building.
一方、本出願人は、放射線管理の必要な部分を著しく小型化できるレーザー駆動陽子線を用いる陽子線治療装置を提案している（特許文献１）。しかし、この陽子線治療装置は、人体の深部の癌組織にてエネルギーを完全に失うように陽子線を照射するように構成されており、表面層から２００μｍ程度の薄層を放射化するものではない。 On the other hand, the present applicant has proposed a proton beam treatment apparatus using a laser-driven proton beam that can remarkably reduce the size of a portion that requires radiation management (Patent Document 1). However, this proton beam treatment apparatus is configured to irradiate a proton beam so that energy is completely lost in cancer tissue in the deep part of the human body, and does not activate a thin layer of about 200 μm from the surface layer. Absent.
従来のサイクロトロン加速器を用いる薄層放射化装置に替わる小型の薄層放射化装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a small-sized thin-layer activation apparatus that replaces the thin-layer activation apparatus using the conventional cyclotron accelerator.
本発明によれば、レーザー駆動陽子線を用いる薄層放射化装置が提供される。レーザー駆動陽子線とは、超高強度極短パルスレーザーをターゲットに照射することにより発生する陽子線をいう。レーザー駆動陽子線は、従来の加速器から得られる陽子線に比べ、短いパルス幅を持ち、高い直進性を示すという特性を有する。本発明の薄層放射化装置では、２０ｆｓ〜５００ｆｓの超高強度極短パルスレーザーを用いて発生させた１ｐｓ〜１００ｎｓのパルス幅を有する陽子線を利用する。 According to the present invention, a thin layer activation apparatus using a laser driven proton beam is provided. A laser-driven proton beam refers to a proton beam generated by irradiating a target with an ultra-high intensity ultrashort pulse laser. A laser-driven proton beam has characteristics of having a short pulse width and high straightness as compared with a proton beam obtained from a conventional accelerator. In the thin layer activation apparatus of the present invention, a proton beam having a pulse width of 1 ps to 100 ns generated using an ultrahigh intensity ultrashort pulse laser of 20 fs to 500 fs is used.
本発明の装置は、中心波長が約８００〜１１００ｎｍ、２０ｆｓ〜５００ｆｓの超高強度極短パルスレーザー発生装置と、当該レーザー発生装置からのレーザー光を集光する集光ミラー、当該集光ミラーによって収束されるレーザー光が衝突するターゲット、及び当該ターゲットから発散する陽子線の軌道上に設けられたデブリシールドを内包し、当該デブリシールドを通過した後の陽子線を大気中に取り出すための取り出し窓を具備する真空容器と、当該取り出し窓からの陽子線を衝突させる放射化対象の位置を制御する位置制御部と、を具備し、１０１７Ｗ／ｃｍ２〜１０２２Ｗ／ｃｍ２の集光強度で、１ｐｓ〜１００ｎｓのパルス幅を有する陽子線を発生させる。 The apparatus of the present invention includes an ultra-high intensity ultrashort pulse laser generator having a central wavelength of about 800 to 1100 nm and 20 fs to 500 fs, a condensing mirror for condensing laser light from the laser generator, and the condensing mirror. A take-out window for taking out the proton beam after passing through the debris shield containing the target colliding with the focused laser beam and the debris shield provided on the orbit of the proton beam emanating from the target And a position control unit that controls the position of the activation target that collides the proton beam from the extraction window, and collects light of 10 17 W / cm 2 to 10 22 W / cm 2 . Proton beams with an intensity of 1 ps to 100 ns pulse width are generated.
本発明の薄層放射化装置で用いることができるレーザー発生装置としては、チタンサファイア結晶を用いたチャープパルス増幅型レーザーあるいは光パラメトリックチャープパルス増幅型レーザーを好ましく挙げることができる。最終増幅器には、ガラス増幅器を使用してもよい。 As a laser generator that can be used in the thin-layer activation apparatus of the present invention, a chirped pulse amplification type laser or an optical parametric chirped pulse amplification type laser using a titanium sapphire crystal can be preferably cited. A glass amplifier may be used as the final amplifier.
本発明の薄層放射化装置では、１０１７Ｗ／ｃｍ２〜１０２２Ｗ／ｃｍ２の集光強度を有する高強度レーザーを利用するために、ターゲットに衝突した後の陽子線は、頂角が２０度の発散角を有する発散性のビーム形状となる。 In the thin layer activation apparatus of the present invention, in order to use a high-intensity laser having a focused intensity of 10 17 W / cm 2 to 10 22 W / cm 2 , the proton beam after colliding with the target has an apex angle Becomes a divergent beam shape having a divergence angle of 20 degrees.
前記ターゲットは、集光ミラーによって集められたレーザー光を衝突させて、薄層放射化に必要な２〜３０ＭｅＶ、好ましくは１０〜３０ＭｅＶの陽子線を発生させる。たとえば、レーザー増幅器全てがチタンサファイア結晶を用いたレーザーの場合には約１２ＭｅＶ、最終増幅器だけガラスを用いた場合には約３０ＭｅＶの陽子線を発生させることができる。ターゲットとしては、ショット毎に新しいターゲットにレーザー光が衝突するように、巻き取りリール間に架設された薄膜ターゲットであることが好ましい。また、ターゲットの材質としては、表面に水など水素を含む物質を吸着しているか、内部に水素を含有しているか、あるいは水素を成分として含有する材質であり、テープなどの薄膜形状に加工できるものであればよいが、薄膜状のアルミニウム、チタン、タングステン、銅、ステンレスなどの金属、又はマイラー（登録商標：ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミド、ポリアミドなどの有機物を好ましく用いることができる。 The target collides with the laser beam collected by the condensing mirror to generate a proton beam of 2 to 30 MeV, preferably 10 to 30 MeV, necessary for thin layer activation. For example, when all laser amplifiers are lasers using a titanium sapphire crystal, proton beams of about 12 MeV can be generated, and when only the final amplifier is glass, proton beams of about 30 MeV can be generated. The target is preferably a thin film target constructed between take-up reels so that a laser beam collides with a new target for each shot. In addition, the target material is a material that adsorbs a substance containing hydrogen such as water on its surface, contains hydrogen inside, or contains hydrogen as a component, and can be processed into a thin film shape such as a tape. Any material can be used as long as it is thin, but organic materials such as thin metal such as aluminum, titanium, tungsten, copper, and stainless steel, or Mylar (registered trademark: polyethylene terephthalate), polyimide, and polyamide can be preferably used.
前記デブリシールドは、ターゲットに衝突したレーザー光が集光してレーザー強度が最も強くなる部分がプラズマとなって広がり、プラズマの膨張によりターゲットの集光点周囲が飛び散ることによって発生するデブリが取り出し窓に付着することを遮蔽する。発生するデブリの形状は不定であるが、例えばターゲットとして銅を用いる場合には数十μｍ程度の大きさとなり、０．８μｍのアルミニウム膜を破る程度の衝突エネルギーを有する。このようなデブリが取り出し窓に付着し続けると、陽子線の透過の妨げとなる。デブリシールドは、陽子線の発散角に渡って陽子線の軌道を塞ぐように設けることができればよく、巻き取りリール間に架設されたテープ状シールド、あるいはショット毎に新しいシールドがターゲットのレーザー衝突位置に面するように構成されている円盤状シールドが好ましい。また、シールドの材質としてはテープなどの薄膜形状に加工しても引っ張り強度が高い材質であればよいが、ポリイミドなどを好ましく使用することができる。また、デブリの衝突エネルギーを考慮して、例えばポリイミドを使用する場合には７．５μｍ程度の厚みとすることが好ましい。 In the debris shield, the portion where the laser beam colliding with the target is condensed and the laser intensity is the strongest spreads as plasma, and the debris generated by the surroundings of the condensing point of the target is scattered by the expansion of the plasma. Shield from adhering to. Although the shape of the generated debris is indefinite, for example, when copper is used as a target, it has a size of about several tens of μm and a collision energy enough to break an aluminum film of 0.8 μm. If such debris continues to adhere to the extraction window, it will hinder the transmission of the proton beam. The debris shield only needs to be provided so as to block the proton beam trajectory over the divergence angle of the proton beam, and a tape-like shield installed between the take-up reels or a new shield for each shot is positioned at the target laser collision position. A disk-shaped shield configured to face is preferred. Further, the material of the shield may be a material having high tensile strength even if processed into a thin film shape such as tape, but polyimide or the like can be preferably used. In consideration of debris collision energy, for example, when polyimide is used, the thickness is preferably about 7.5 μm.
また、前記真空容器の取り出し窓に、陽子線の低エネルギー成分を除去するフィルターを設けることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a filter for removing low energy components of the proton beam in the extraction window of the vacuum vessel.
また、前記取り出し窓に、陽子線のビーム形状を制御するビーム形状制御板を設けることが好ましい。レーザー駆動陽子線のビーム形状は発散するので、放射化対象に衝突させるビーム形状を制限することが必要になるためである。ビーム形状制御板は、所望の薄層放射化が可能となるビーム形状が得られるように薄板に所望の穴を設けるなどして製作することができる。例えば、幅１０ｍｍ×長１ｍｍの穴を５ｍｍ間隔で３個、あるいは幅１ｍｍ×長１０ｍｍの穴を５ｍｍ間隔で５個以上設けるなど、薄層放射化に所望の陽子線のビーム形状となるよう任意に設計することができる。また穴の面積は０．１〜１０ｃｍ２が好ましい。穴の面積が０．１ｃｍ２未満であると放射化量の検出が困難となり、１０ｃｍ２を超えると照射範囲の均一性を維持することが困難となる。また、ビーム形状制御板に設ける穴をパターン化することで、機械部品などの形状に合わせた所望のパターンの陽子線を放射化対象に衝突させることができる。 Moreover, it is preferable to provide a beam shape control plate for controlling the beam shape of the proton beam in the extraction window. This is because the beam shape of the laser-driven proton beam diverges and it is necessary to limit the beam shape that collides with the activation target. The beam shape control plate can be manufactured by providing a desired hole in the thin plate so as to obtain a beam shape that enables a desired thin layer activation. For example, 3 holes with a width of 10 mm x 1 mm long are provided at intervals of 5 mm, or five or more holes with a width of 1 mm x length of 10 mm are provided at intervals of 5 mm so that the desired proton beam shape can be obtained for thin-layer activation. Can be designed to The area of the hole is preferably 0.1 to 10 cm 2 . If the area of the hole is less than 0.1 cm 2, it is difficult to detect the amount of activation, and if it exceeds 10 cm 2 , it is difficult to maintain the uniformity of the irradiation range. Further, by patterning the holes provided in the beam shape control plate, it is possible to collide a proton beam having a desired pattern according to the shape of a machine part or the like with an activation target.
また、ターゲットへのレーザー光の衝突位置を制御するターゲット位置制御機構をさらに具備することが好ましい。好ましい実施態様において、ターゲット位置制御機構は、回転移動機構及び平行移動機構を具備する。回転移動機構は、１対の巻き取りリール間に架設された薄膜形状のターゲットを載置するターゲット載置台と、ターゲット照射位置を垂直回転中心軸としてターゲット載置台を回転させる回転ステージと、ターゲット照射位置を水平回転中心軸としてターゲット載置台を回転させるゴニオステージと、を具備する。平行移動機構は、回転移動機構を載置するステージと、ステージをレーザー光の伝播方向に対して平行移動させる平行駆動装置と、を具備する。 Moreover, it is preferable to further include a target position control mechanism for controlling the collision position of the laser beam to the target. In a preferred embodiment, the target position control mechanism includes a rotational movement mechanism and a parallel movement mechanism. The rotational movement mechanism includes a target mounting table on which a thin film target placed between a pair of take-up reels is mounted, a rotary stage that rotates the target mounting table with the target irradiation position as a vertical rotation center axis, and target irradiation And a gonio stage that rotates the target mounting table with the position as the horizontal rotation center axis. The parallel movement mechanism includes a stage on which the rotational movement mechanism is mounted, and a parallel drive device that translates the stage with respect to the propagation direction of the laser light.
さらに、取り出し窓と放射化対象との間に陽子線の照射密度を制御する磁石、たとえば４重極磁石などを設けてもよい。磁石を用いる場合には、１個では陽子線が発散するので水平方向と垂直方向の陽子線の広がりを制御するために２個以上を用いることが好ましい。 Furthermore, you may provide the magnet which controls the irradiation density of a proton beam, for example, a quadrupole magnet etc. between an extraction window and activation object. In the case of using a magnet, since one proton diverges, it is preferable to use two or more in order to control the spread of the proton beam in the horizontal direction and the vertical direction.
本発明の薄層放射化装置で放射化することができる放射化対象としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉを１種以上含む金属又は合金を好ましく挙げることができる。 Preferred examples of the activation target that can be activated by the thin layer activation apparatus of the present invention include metals or alloys containing at least one of Ni, Fe, Cr, and Ti.
本発明の薄層放射化装置は、高強度レーザー発生装置を用いるレーザー駆動陽子線を利用するので、レーザー発生装置を含む陽子線発生部の平面の大きさを４ｍ×５ｍ程度（レーザー発生装置を含まない大きさは５０ｃｍ×５０ｃｍ程度）、５００ｋｇ以下と小型化することができる。 Since the thin-layer activation apparatus of the present invention uses a laser-driven proton beam that uses a high-intensity laser generator, the plane size of the proton beam generator including the laser generator is about 4 m × 5 m (the laser generator The size not included is about 50 cm × 50 cm) and can be reduced to 500 kg or less.
また、本発明の薄層放射化装置では、高強度レーザー発生装置からの高強度レーザーをターゲットに衝突させて、発散角を有する陽子線を発生させるため、従来のサイクロトロン加速器で必要であった荷電粒子線を発散させる装置が不要となる。さらに、このように陽子線は空間的に拡大するため、ビームエネルギーを時間的に変化させることが不要となり、従来必要であった電磁石も不要となる。 Further, in the thin layer activation apparatus of the present invention, the high intensity laser from the high intensity laser generator collides with the target to generate a proton beam having a divergence angle. Therefore, the charge required in the conventional cyclotron accelerator is required. A device for diverging particle beams is not required. Furthermore, since the proton beam expands spatially in this way, it is not necessary to change the beam energy with time, and an electromagnet that has been conventionally required is also unnecessary.
また、レーザー伝播方向に対してターゲット位置を平行移動させることにより、高エネルギー領域のカットオフエネルギーを制御し、所望の放射化深さに応じた陽子線を放射化対象に照射できる。 Further, by translating the target position with respect to the laser propagation direction, it is possible to control the cut-off energy in the high energy region and to irradiate the activation target with a proton beam corresponding to a desired activation depth.
添付図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
図１は、本発明の薄層放射化装置の概略構成図である。本発明の薄層放射化装置１は、高強度レーザー発生装置２と真空容器３とから構成される陽子線発生部１０と、陽子線を放射化対象５に衝突させて薄層放射化する放射化部２０と、を具備する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin layer activation apparatus of the present invention. The thin
高強度レーザー発生装置２は、チタンサファイア結晶を用いたチャープパルス増幅型レーザーあるいは光パラメトリックチャープパルス増幅型レーザーであり、中心波長が約８００ｎｍの短パルス高強度レーザーで、パルス幅が２０ｆｓ〜５００ｆｓ、集光強度が１０１７Ｗ／ｃｍ２〜１０２２Ｗ／ｃｍ２を実現できるレーザー装置である。
The high-
真空容器３には、高強度レーザー発生装置２からの１０１７Ｗ／ｃｍ２〜１０２２Ｗ／ｃｍ２のレーザー強度を有する高強度レーザー光Ｌを導入するレーザー光導入部３１と、真空容器内部で発生するレーザー駆動陽子線１７を大気中に取り出すための取り出し窓３３とが設けられている。真空容器３内部には、高強度レーザー発生装置２からのレーザー光を集光する集光ミラー１１、当該集光ミラー１１によって収束されるレーザー光Ｌ１が衝突するターゲット１２が設置されている。図１において、ターゲット１２は、２個の巻き取りリール１４及び１４’間に架設されたテープ状ターゲットとして示されている。ターゲット１２にレーザー光が衝突するターゲット照射位置１６の位置を変動することによって、ターゲットから放射される陽子線１７のエネルギースペクトルのカットオフエネルギーを制御することができる。たとえば、レーザー伝播方向に対してターゲット１２の位置を平行に移動させて集光点から離すと図３の実線で示されるスペクトルを点線で示されるスペクトルへと、陽子線のエネルギーを調節することができる。このようなターゲット１２のターゲット照射位置１６を変動させるターゲット駆動機構４０を図６及び図７に示す。ターゲット駆動機構４０は、２個の巻き取りリール１４及び１４’間に架設されたターゲット１２を載置するターゲット載置台４１と、ターゲット載置台４１の位置を回転移動させるターゲット回転機構と、ターゲット載置台４１を一軸方向に平行移動させるターゲット一軸平行移動機構と、を具備する。ターゲット回転機構は、ターゲット１２へのレーザー光Ｌ１の入射角度を調節する。ターゲット回転機構は、一軸平行移動ステージ４７の上に設けられ、ターゲット照射位置１６を垂直回転軸中心として回転する回転ステージ４５と、ターゲット照射位置を水平回転中心軸として回転するゴニオステージ４６と、を具備する。ターゲット１２のターゲット照射位置１６に衝突したレーザー光Ｌ１は、ターゲット１２から陽子線１７として垂直に放出されるため、ターゲット１２を回転させることによって、レーザー光Ｌ１の入射角度を変え、陽子線１７の放出方向を変えることができる。ターゲット一軸平行移動機構は、図７に示すように、ターゲット載置台４１及びターゲット回転機構を載置するステージ４７と、ステージ４７をＸ軸方向にのみ平行移動させる駆動装置４２と、駆動装置４２とは逆の方向にステージを引っ張るバネ（図示せず）とを具備する。ステージ４７の移動量は±１０ｍｍ程度である。例えば、駆動装置４２を作用させてステージ４７を前後に平行移動させることによって、ターゲット１２のターゲット照射位置１６を、レーザー光Ｌ１が伝播するレーザー伝播軸４３に対して前後に数μｍ単位で平行移動させることができる。
The
さらに、真空容器３内部には、ターゲット１２から発散する陽子線ビーム１７の軌道上に設けられたデブリシールド１３が設置されている。ターゲット１２と同様に、デブリシールド１３は、２個の巻き取りリール１５及び１５’間に架設されたテープ状デブリシールドとして示されている。ターゲット１２上のターゲット照射位置１６にてテープ状ターゲットに衝突した高強度レーザー光は、高密度のプラズマを発生させ、プラズマ中で生成した電子による電場によってターゲット近傍の陽子線が加速される。加速された陽子線は２０度の発散角を有する発散性ビーム１７となり、取り出し窓３３から大気中に取り出される。レーザー光Ｌ１がターゲット１２に衝突する際に発生するプラズマが膨張することによって、周りの部分が衝撃を受けて飛び散りデブリを発生させる。デブリシールド１３は、デブリが取り出し窓３３に到達しないように遮断する作用をする。
Further, a
取り出し窓３３の外部には、不要なエネルギー帯域の陽子線を遮断するフィルター１８、フィルター１８を通過した陽子線のビーム形状を制御するビーム形状制御板１９が取り付けられている。フィルター１８は、陽子線の低エネルギー領域を遮断するものであることが好ましい。フィルターの素材としては放射化が小さいアルミニウムを好ましく用いることができる。遮断できるエネルギー領域はフィルターの素材と厚みとで調節することができる。例えば厚さ４０μｍのアルミニウム製フィルターを用いると２ＭｅＶ以下の低エネルギー領域の陽子線を遮断することができる。さらに低いエネルギー領域の陽子線を遮断するためには、フィルターの厚みを更に薄くする。ビーム形状制御板１９は、放射化対象５に到達させる陽子線のビーム形状を制御する。例えば、図５に示すように、中央に楕円形の穴１９Ａを設けた場合には、図１に示すように発散性ビームの中央部１７Ａのみが放射化対象５に到達することになる。あるいは、所望のパターンに穴を設けて放射化対象に到達するビーム形状にパターンを付与することもできる。ビーム形状制御板１９の材質としては、放射化が小さいアルミニウムを好ましく用いることができる。
Outside the
放射化部２０は、放射化対象５を載置し且つ放射化対象５の位置及び傾きを制御する位置制御部２１を具備する。位置制御部２１は、回転、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向への移動、陽子線伝播軸を中心とする回転及びあおり方向への移動の６軸方向位置制御を可能とする通常の制御機構を用いることができる。
The
図１に示す薄層放射化装置を用いて、高さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚み３ｍｍのＢＮ（窒化ホウ素）片を放射化対象サンプルとして、薄層放射化を行った。波長８００ｎｍのレーザー光で、集光強度３×１０１９Ｗ／ｃｍ２、パルス幅３４ｆｓ、最大エネルギー４ＭｅＶ、発散角（頂角）２０度の陽子線が発生した。薄層放射化後、ＢＮ片をＧＳＯ（Ｇｄ２ＳｉＯ５（Ｃｅ））放射線検出器で観察したところ、１１ベクレルの１１Ｃが確認できた。 Using the thin layer activation apparatus shown in FIG. 1, thin layer activation was performed using a BN (boron nitride) piece having a height of 25 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 3 mm as a sample to be activated. A proton beam having a condensing intensity of 3 × 10 19 W / cm 2 , a pulse width of 34 fs, a maximum energy of 4 MeV, and a divergence angle (vertical angle) of 20 degrees was generated by a laser beam having a wavelength of 800 nm. After thin layer activation, when BN pieces were observed with a GSO (Gd 2 SiO 5 (Ce)) radiation detector, 11 C of 11 becquerels could be confirmed.
Claims (7)
当該高強度レーザー発生装置は、中心波長が約８００〜１１００ｎｍ、２０ｆｓ〜５００ｆｓの超高強度極短パルスレーザー発生装置であり、
当該真空容器は、当該高強度レーザー光を導入するレーザー光導入部と、当該高強度レーザー光を集光する集光ミラーと、当該集光ミラーによって収束されるレーザー光が衝突するターゲットと、当該ターゲットから発散する陽子線の軌道上に設けられたデブリシールドと、レーザー駆動陽子線を大気中に取り出すための取り出し窓と、を具備し、
１０１７Ｗ／ｃｍ２〜１０２２Ｗ／ｃｍ２の集光強度で、１ｐｓ〜１００ｎｓのパルス幅を有する陽子線を発生させることを特徴とするレーザー駆動陽子線利用薄層放射化装置。 A proton beam generating unit that includes a high-intensity laser generator and a vacuum vessel and generates a laser-driven proton beam, and an activation unit that emits a thin layer by colliding the proton beam with an activation target. A thin layer activation device using a laser driven proton beam,
The high-intensity laser generator is an ultra-high-intensity ultrashort pulse laser generator having a center wavelength of about 800 to 1100 nm and 20 fs to 500 fs,
The vacuum container includes a laser light introduction unit that introduces the high-intensity laser light, a condensing mirror that condenses the high-intensity laser light, a target on which the laser light converged by the condensing mirror collides, A debris shield provided on the orbit of the proton beam emanating from the target, and a takeout window for taking out the laser driven proton beam into the atmosphere,
A thin layer activation apparatus using a laser-driven proton beam, which generates a proton beam having a pulse width of 1 ps to 100 ns with a concentration intensity of 10 17 W / cm 2 to 10 22 W / cm 2 .
当該回転移動機構は、１対の巻き取りリール間に架設された薄膜形状のターゲットを載置するターゲット載置台と、ターゲット照射位置を垂直回転中心軸として当該ターゲット載置台を回転させる回転ステージと、ターゲット照射位置を水平回転中心軸として当該ターゲット載置台を回転させるゴニオステージと、を具備し、
当該平行移動機構は、当該回転移動機構を載置するステージと、当該ステージをレーザー光の伝播方向に対して平行移動させる平行駆動装置と、を具備する、請求項６に記載のレーザー駆動陽子線利用薄層放射化装置。 The target position control mechanism includes a rotational movement mechanism and a parallel movement mechanism,
The rotational movement mechanism includes a target mounting table on which a thin film target placed between a pair of winding reels is mounted, a rotation stage that rotates the target mounting table with the target irradiation position as a vertical rotation center axis, A gonio stage that rotates the target mounting table with the target irradiation position as the horizontal rotation center axis, and
The laser-driven proton beam according to claim 6, wherein the parallel movement mechanism includes a stage on which the rotational movement mechanism is mounted, and a parallel drive device that translates the stage with respect to the propagation direction of the laser light. Use thin layer activation device.
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