利用可能な 重イオンビーム
加速器施設の説明 をご参照ください。
核種 | 真空中 エネルギー [MeV/u] |
空気中 最大エネルギー [MeV/u] |
実験施設構成 (加速器の組合せ) |
Si材中 最大飛程 [μm] |
LET範囲 [MeV/ (mg/cm2)] |
40Ar | 95 | 〜83 | AVF+RRC | 〜3,700 | 2.2〜18.7 |
84Kr | 70 | 〜53 | AVF+RRC | 〜1,060 | 11.4〜41.0 |
129Xe | 36 | 〜20 | AVF+RRC | 〜 210 | 43.5〜69.4 |
136Xe | 10.75 (*1) | 〜 5.3 | RILAC2+RRC | 〜 50 | 69近傍のみ |
12C | 135(*2) | 〜132 | AVF+RRC | 〜23,100 | 0.2〜5.1 |
20Ne | 135(*2) | 〜129 | AVF+RRC | 〜13,370 | 0.5〜9.0 |
56Fe | 90(*2) | 〜 72 | AVF+RRC | 〜 2,100 | 4.9〜29.4 |
E5Aコースで、空気中照射用に使えるビームは上表の通りです。
・エネルギーの単位[MeV/u] は、核子当たりのエネルギーです。
・実験施設構成によって、
利用料金 が異なります。
・最大飛程[μm]は、照射試料(材質 Siを仮定)の表面からイオンが到達する
最大深さです。詳しくは下図をご覧ください。
・(*1) 136Xe 11MeV/u は、供給可能ですが、空気中のエネルギーが低いので
照射に注意が必要です。詳しくは当チームへご相談ください。
・(*2) 生物照射用のビームですが、半導体照射にも利用可能です。
C は年間3〜4回の供給がありますが、Ne, Fe は供給回数が不定期です。
更に半導体用の利用実績がまだ無い(2023現在)ので、
希望の場合は、当チームでビームスタディをしてから利用可能となります。
![E5A_Beam1](./_images/E5A_Beam1.png)
【上表とグラフの説明】例えば Ar ビーム (緑線) の場合
・加速器から供給される真空中エネルギー(□印)は 95 MeV/u です。
・それを空気中に取り出し、標準的な照射位置(■印)で 約 83 MeV/u となります。
・この時、グラフ縦軸「Si材料中の飛程(Range)」から、約 3700 μm (3.7 mm)
の深さまで Ar ビームが到達可能な事が分かります。
これが 理研の Ar ビームで試験可能な 最大深さです。
・この時のグラフ横軸が「Si試料表面での」LET値で、約 2.2 [MeV/(mg/cm2)]
これが 理研の Ar ビームで試験可能な 最小LET値です。
・そして、後述のエネルギー減衰板(厚さ可変)を Si試料の前面に挿入して、
Ar ビームのエネルギーを 83 MeV/u より低い方向に調整して行くと、
横軸の値、即ち「減衰板通過後 の Si試料表面での」LET値は、
Ar ビームの最大LET値 = 18.7 [MeV/(mg/cm2)] まで増加して行きます。
このようにして、Ar の 最小LET〜最大LET までの試験を行う事が可能です。
実際の照射サンプルでは、Si材の表面がモールド材等で覆われている場合や、
Si材の表面から深い位置に 感応層 がある場合があります。
その場合、ビームがこれらの物質を余計に通過する分だけ更にエネルギーが低下するので、
試験可能な 最小LET値 は、上記例より大きな値からしか試験できません。
実際は、照射位置での最大エネルギー点(■印)が、Arの曲線に沿って低エネルギー方向へ移動します。
その移動量はおおよそ、Mold材の厚さを Si材に換算した厚さ(*3) だけ、縦軸:Si材中のRange
を低下させます。
しかしながら、Arビームの最大LET値は、ビーム核種 vs 照射物質 の組合せで決まる 固有の値
(例: Ar vs Si なら、必ず maxLET = 18.7) ですので、エネルギー減衰板の厚さ調整で maxLET
までの試験が可能です。但し、その感応層深さまで Arビームが到達可能 (Rangeが十分ある)
場合に限ります。
(*3) Mold材の厚さを Si材厚さに《ラフに換算》するには…
Si材換算厚 〜 Mold材厚 x ρ(Mold材) / ρ(Si材) ρ() : 材質の密度
で求まります。例えば Mold材 = Epoxy 1000μm の場合、
Si材換算厚 〜 1000 x ρ(Epoxy)=1.85 / ρ(Si)=2.32 〜 797 μm
がラフな近似値です。尚この近似は、Mold材が比較的薄くビームエネルギーが高い場合にのみ有効です。
正確に計算するには
SRIMfit計算
が必要となります。
上記 Ar 83MeV/u の場合
srEnew_eq_Th( '40Ar_Epoxy', '40Ar_Si', 83 MeV/u, 1000 μm) = 966 μm
が、正しい値 となります。
【上グラフの作り方】
● 上側:宇宙線 Flux分布 は、
CREME96 コードで計算。
詳しくは
素人用 CREME96 HowToメモ
Excelシート1
シート2 を参照下さい。
● 下側:重イオンビームの
E, LET, Range プロット
Excelシート
の詳細は、
SRIMfit E5例題集の紹介 を参照。
「空気中照射」ビームコース E5A
![E5A-BeamLine](./_images/E5A_BeamLine0.png)
E5Aビームコースには、試料上でほぼ一様な線量分布を得るために、 水平・垂直方向にビームを偏向する2基の交流電磁石(Wobbler電磁石)と 多重散乱でビームスポットを広げるための 散乱膜(Au箔等) があります。 その下流 約4m に、試料照射位置があります。
![E5A-BeamLine](./_images/E5A_BeamLine2.png)
ビームは、真空切り窓(Kapton膜)から空気中に取り出されます。 その後、ビームフラックス検出器(Plasticシンチレータ等)や、 ビームエネルギー減衰板セット(Al板)を通過後に、回転ステージ上に設置した試料へ照射されます。 また照射試料と同じ位置に、エネルギー検出器(Si半導体等)を設置し、ビームのエネルギーを実測します。 これらの検出器やステージは、ビーム軸方向にスライド可能です。
![E5A-BeamLine](./_images/E5A_BeamLine4.png)
ビームコース架台には、棚が3段あり、ここに利用者の計測機器を設置してください。 照射物の設置位置の確認用に レーザー墨出し器 が数台設置されています。 照射中は照射室は入室禁止です。利用者のオンライン測定用計測機器は イーサネット(Closed LAN) または 同軸信号線(BNC) 経由で遠隔制御してください。
![E5A-BeamLine](./_images/E5A_BeamLine5.png)
利用者用の 照射用架台は3セットあり ビームライン常設架台から分離可能です。 数社が連続して照射する場合でも、各社ごとに架台を占有できます。
照射試料 の 取付け
![E5A-Setup1](./_images/E5A_Setup1.png)
照射試料(デバイス照射ボード)は、回転ステージから簡単に取り外せます。
回転ステージから取り外した 十字架型の治具 に 照射ボードを固定 するには、
絶縁ブッシュネジを利用してください。固定位置は自由に調整可能です。
照射ボードの最大サイズは、約 □30cm x 30 cm です。
ビーム軸上に照射デバイスの中心が位置するように固定してください。
また、ボードを回転させる場合は、信号ケーブルの取り回し、及び回転したボードの干渉
にも注意してください。