A Long-life Cryogenic Laser Ion Source for Next Generation Heavy Ion Therapy Accelerators

用于下一代重离子治疗加速器的长寿命低温激光离子源

基本信息

批准号：
21H03838
负责人：
長谷川純
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、前年度に開発した原理実証用のクライオ標的レーザーイオン源試験装置を用いて、CO2ガスを昇華させて形成した固体標的へのレーザー照射実験を重点的に実施した。昇華層の厚さや形成速度をパラメータにして、レーザー照射により生成されたプラズマの特性、特に含まれる炭素イオンの生成量や価数分布の変化、クライドヘッド基板への影響等について詳細に調べた。CO2昇華層の厚さが増すと、昇華層のレーザーアブレーションに伴い発生する衝撃波によって破砕される氷結層の面積が増大すること、特に厚さが100μm程度を超えると、重力の作用も相まって、クライオヘッド表面の広範囲にわたって昇華層の欠損が生じることが分かった。昇華層が500μmよりも厚くなると、昇華層の表面のみがアブレーションされ、氷結層の破砕が生じない場合があることも明らかになった。また、昇華層の形成速度を早めると、同じ厚さの昇華層でもレーザー照射による破砕のされ方に違いが出ることも分かった。CO2ガスの供給流量を大きくして、短時間で形成した昇華層は比較的衝撃に対して脆い傾向が見られた。一方、レーザー照射による基板の損傷（クレーター）については、昇華層の厚さを増すと徐々に大きくなるが、50μm程度を超えると逆に軽減できることが分かった。この結果はレーザーピーニング効果が基板損傷において重要な役割を果たしていることを示唆している。現状は、熱伝導性の観点から、銅基板を使用しているが、より硬度の高いタンタルやタングステン等を基板として用いることで、ピーニング効果による基板損傷を低減できる見込みが得られた。

在2022财年，我们专注于激光辐照实验，该实验是使用上一年开发的冷冻目标激光离子源测试装置来升级CO2气体形成的固体靶标的，用于原理示范。激光照射产生的等离子体的性能，特别是使用溢流层的厚度和形成速率详细研究了产生的碳离子量和含有碳离子的价分布的变化，并详细研究了对Clyde头底物的影响。发现增加CO2升华层的厚度增加了冷冻层的面积，该面积被升华层的激光消融产生的冲击波所粉碎，特别是，当厚度超过100μm时，重力与重力的效果与造成较大层的效果相关的效果，导致了造成越野性层的效果。还可以揭示出，当升华层变得比500μm厚时，只有升华层的表面被消融，并且可能不会发生冷冻层的断裂。还发现，如果增加升华层的形成速度，即使在相同的厚度方面，激光照射粉碎的升华层的方式也会有所不同。随着二氧化碳气体的供应流量的短时间形成的升华层增加了，发现它相对容易受到影响。另一方面，由于激光辐射引起的底物损伤（火山口）随着升华层的厚度的增加而逐渐增加，但已经发现，当它超过约50μm时，它可以减少。该结果表明，激光尿素效应在底物损伤中起着重要作用。当前，从热导率的角度使用铜底物，但是通过使用较高的塔尔塔勒或钨作为底物的硬度，已经发现可以降低造成的损害。