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JP4352136B2 - Target material - Google Patents
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JP4352136B2 - Target material - Google Patents

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Description

本発明は、炭素により構成されたターゲット材で使用されるターゲット材料に関する。
本発明により作成されたターゲット材は、イオンビーム等の荷電粒子線を照射して、ガンマ線を発生させるターゲット材として使用可能であり、物理、半導体、電子工学、化学、生物等の基礎科学実験分野、とりわけ、宇宙天体核物理学や元素合成の分野におけるガンマ線発生用のターゲット材に好適に使用可能である。
The present invention relates to a target material used in a target material composed of carbon.
The target material prepared according to the present invention can be used as a target material that generates a gamma ray by irradiating a charged particle beam such as an ion beam, and is used in basic science experimental fields such as physics, semiconductors, electronics, chemistry, and biology. In particular, it can be suitably used as a target material for generating gamma rays in the fields of astrophysical nuclear physics and elemental synthesis.

従来、医療用の放射線撮影装置や工業用の非破壊検査装置、あるいは、X線顕微分析装置等において、ガンマ線(X線)を使用するガンマ線源装置が使用されている。前記ガンマ線源装置では、金属ターゲット(標的部材)に電子や陽電子等の荷電粒子を照射した場合に発生する制動放射のガンマ線(X線)を使用することが知られている。前記ガンマ線は、使用されるターゲット材により出力される波長(エネルギー)が異なる。
このようなガンマ線源装置として、特許文献1(特開2000−314800号公報)記載の技術が従来公知である。
2. Description of the Related Art Conventionally, gamma ray source devices that use gamma rays (X-rays) have been used in medical radiography apparatuses, industrial nondestructive inspection apparatuses, X-ray microanalysis apparatuses, and the like. In the gamma ray source device, it is known to use gamma rays (X-rays) of bremsstrahlung generated when a metal target (target member) is irradiated with charged particles such as electrons and positrons. The wavelength (energy) output from the gamma rays differs depending on the target material used.
As such a gamma ray source device, a technique described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-314800) is conventionally known.

特許文献1(特開2000−314800号)には、ターゲット材料として、原子番号1〜100の中から適当なものが選ばれ、金属、合成樹脂でもよく、常温で液体もしくは気体であって常温未満の低温度で凝固した物質を使用してもよいことが記載されている。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-314800), an appropriate material is selected from among atomic numbers 1 to 100 as a target material, which may be a metal or a synthetic resin, and is liquid or gas at room temperature and below room temperature It is described that a substance coagulated at a low temperature may be used.

この他にも、加速器の荷電粒子ビームを用いる星の起源、進化や宇宙天体核物理学や元素合成等を研究する科学実験において、濃縮同位体炭素12と炭素13のターゲットが必要不可欠である。これらのターゲットを、宇宙天体核物理学等の超精密実験で使用する場合は、次の要求(1)〜(3)を満足する必要がある。
(1)ターゲットの材料が、より高純度であること。
(2)ターゲットの膜が、必要な厚さで一様に作成されていること。
(3)大強度ビーム電流と長時間照射によって蒸発、剥離、破損のなく、安定であること。
In addition, targets for enriched isotope carbon 12 and carbon 13 are indispensable in scientific experiments to study the origin, evolution, space celestial nuclear physics, elemental synthesis, etc. using the charged particle beam of the accelerator. When these targets are used in ultraprecision experiments such as space astrophysics, the following requirements (1) to (3) must be satisfied.
(1) The target material is of higher purity.
(2) The target film is uniformly formed with the required thickness.
(3) Stable without evaporation, peeling or breakage due to high-intensity beam current and long-time irradiation.

特開2000−314800号公報(「0029」)JP 2000-314800 A ("0029") 特開平6−158350号公報JP-A-6-158350

(従来技術の問題点)
従来、基板上にターゲット材の層が被膜されたターゲット材を作製する方法として、金属メッキ法や、真空蒸着法、スプレー塗装法が一般的である。しかし、金属メッキ法では、被膜可能な材料に制約があるとともに、メッキの廃液処理や大電力が必要になるため、設備が大規模化する問題がある。
また、真空蒸着法では、ターゲット材を加熱して蒸着させる方法であるが、蒸着された物質が活性が高く、残留ガス等と反応して不純物が含まれる問題があったり、蒸着された膜の付着力が弱いという問題もある。また、点蒸発源であるため、一様性が悪いという問題もある。
さらに、スプレー塗装法では、均一、緻密に成膜することが難しく、密着性も弱いという問題もある。
(Problems of conventional technology)
Conventionally, as a method for producing a target material in which a target material layer is coated on a substrate, a metal plating method, a vacuum deposition method, or a spray coating method is generally used. However, in the metal plating method, there are restrictions on materials that can be coated, and there is a problem that the equipment becomes large-scale because the waste liquid treatment of plating and high power are required.
The vacuum deposition method is a method in which the target material is heated and vapor-deposited. However, the deposited material has a high activity, and there is a problem that it contains impurities by reacting with a residual gas or the like. There is also a problem that adhesion is weak. Moreover, since it is a point evaporation source, there also exists a problem that uniformity is bad.
Further, the spray coating method has a problem that it is difficult to form a film uniformly and densely and the adhesion is weak.

また、貴重で高価な炭素同位体は、メタンガスまたはアモルファス粉末(フレーク状の破片)の形で入手可能であり、炭素フォイルは通常、メタンガスを熱分解する熱分解法で作成される。しかしながら、熱分解法で作成される炭素フォイルの膜厚は、100μg/cm〜2000μg/cmと幅があり、一様に形成することが困難であるという問題がある。また、熱分解法で作成される炭素フォイルは、ビーム照射に対してフォイルの発生熱(約1000K程度)により短時間で破損する問題がある。
この熱による破損を緩和するために熱伝導率の高い金フォイルをバッキング膜として使用し、金フォイルの表面に熱分解法による粉末または、アモルファス粉末を電子やレーザービームで加熱して蒸着させる高温蒸着法やスパッタ方の蒸着法で蒸着することで作成することも行われている。
In addition, valuable and expensive carbon isotopes are available in the form of methane gas or amorphous powder (flaked debris), and carbon foils are usually made by a pyrolysis method that thermally decomposes methane gas. However, the thickness of the carbon foil, which is created by the thermal decomposition method, there is 100μg / cm 2 ~2000μg / cm 2 and a width, there is a problem that it is difficult to uniformly form. Further, the carbon foil produced by the pyrolysis method has a problem that it is damaged in a short time due to the heat generated by the foil (about 1000 K) with respect to the beam irradiation.
In order to alleviate the damage caused by heat, a high-temperature-conducting gold foil is used as a backing film, and the surface of the gold foil is vapor-deposited by heating with a thermal decomposition powder or amorphous powder using an electron or laser beam. It is also made by vapor deposition by the vapor deposition method or sputtering method.

しかし、この方法では、前述のように、蒸着法であるため、バッキング膜と炭素フォイル(炭素膜)との密着性が悪く、そのため蒸着膜の膜厚は、最大でも80μg/cmが限度であり、且つ、一様性が悪く、収率(出発物質に対する生成物質の割合)も10%以下で効率が悪い問題がある。
収率を高めるために、高圧プレス成型器でディスク状のターゲットの作製を試みたが、全く固まらず、ターゲットの作製はできなかった。
However, in this method, as described above, since it is a vapor deposition method, the adhesion between the backing film and the carbon foil (carbon film) is poor. Therefore, the film thickness of the vapor deposited film is limited to 80 μg / cm 2 at the maximum. In addition, there is a problem that the uniformity is poor and the yield (the ratio of the product to the starting material) is 10% or less and the efficiency is poor.
In order to increase the yield, an attempt was made to produce a disc-shaped target with a high-pressure press molding machine, but the target was not able to be produced because it did not solidify at all.

現時点では、炭素膜が形成されたターゲットを作成する方法としては、前記蒸着法しかなく、新たな方法の出現が期待されている。
これに応じて、本願発明者が発明し、出願を行った特許文献2(特開平6−158350号公報)には、基体の被膜方法に関する技術が記載されており、一対の電極と電極間に配置された絶縁部材との間の空間に、基板を配置すると共に被膜材料の粒子を収容し、電極間に電圧を印加して粒子を往復動させることで、被膜材料の粒子が基板表面にたたき込まれて成膜される。よって、この方法を使用して、ガンマ線を出力するためのターゲット材を作成することが考えられる。
ここで、物性の検査等を行う際にガンマ線を出力する場合に、前記ターゲット材料として使用する材料によっては、ガンマ線を出力しにくかったり、強度の強い荷電粒子線を照射する必要がある場合がある。前記ターゲット材料として、比較的入手しやすい天然の炭素を使用する場合、炭素は、天然の状態では炭素12(12C)が約98.9%、炭素13(13C)が約1.1%、炭素14(14C)が極微量存在し、これらが混在すると、高精度のデータが収集できないという問題がある。
At present, the only method for producing a target having a carbon film formed thereon is the vapor deposition method, and the appearance of a new method is expected.
Accordingly, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-158350) invented and filed by the inventor of the present application describes a technique relating to a method for coating a substrate, and between a pair of electrodes and an electrode. The substrate is placed in the space between the placed insulating members and the particles of the coating material are accommodated, and the particles of the coating material strike the surface of the substrate by reciprocating the particles by applying a voltage between the electrodes. The film is formed. Therefore, it is conceivable to create a target material for outputting gamma rays using this method.
Here, in the case of outputting gamma rays when performing physical property inspection or the like, depending on the material used as the target material, it may be difficult to output gamma rays or irradiation with strong charged particle beams may be required. . As the target material, when using the relatively easily available natural carbon, carbon, carbon 12 (12 C) of about 98.9% in the natural state, the carbon 13 (13 C) is about 1.1% In addition, there is a problem that high-precision data cannot be collected if a very small amount of carbon 14 ( 14 C) is present and mixed.

図3は従来の炭素13の成膜方法で成膜した場合の説明図である。
しかしながら、炭素13を使用して、前記特許文献2記載の方法で成膜した場合、すなわち、図3に示すように、電極としての平板状の導電性基板01と、中空円筒状の絶縁部材02とにより囲まれた空間に炭素13の粉体を収容して電圧を印加し、炭素13の粉体を往復動させた場合、炭素13の被膜03が、絶縁部材02と導電性基板01との境界部に多く付着して、被膜03が均一に形成されないことが本発明者の実験により確認された。
FIG. 3 is an explanatory diagram when the film is formed by the conventional carbon 13 film forming method.
However, when carbon 13 is used to form a film by the method described in Patent Document 2, that is, as shown in FIG. 3, a flat conductive substrate 01 as an electrode and a hollow cylindrical insulating member 02 When the carbon 13 powder is accommodated in the space surrounded by and a voltage is applied to reciprocate the carbon 13 powder, the carbon 13 coating 03 is formed between the insulating member 02 and the conductive substrate 01. It has been confirmed by experiments of the present inventors that a large amount adheres to the boundary portion and the film 03 is not formed uniformly.

本発明は、前述の事情に鑑み、ターゲット材料としての高濃縮度の同位体炭素を高い密着性を持って均一に形成することを第1の技術的課題とする。   In view of the above-described circumstances, the present invention has a first technical problem of uniformly forming highly enriched isotope carbon as a target material with high adhesion.

(本発明)
前記技術的課題を解決するために、請求項1記載の発明のガンマ線発生用のターゲット材料は、
少なくとも一対の電極および前記電極間に配置された絶縁部材により形成された空間に、ターゲット基板を配置し且つ表面層形成用粉体としての炭素粒子を収容して、前記電極間に前記表面層形成用粉体を往復動させる電圧を印加することにより、前記ターゲット基板表面に炭素の表面層が形成されたターゲット材を製造する場合に、アモルファスの炭素粒子を不活性ガス雰囲気中で2500K以上の高温に加熱することでグラファイト化された炭素粒子により構成されたことを特徴とする。
(Invention)
In order to solve the technical problem, the target material for generating gamma rays according to claim 1 is:
A target substrate is disposed in a space formed by at least a pair of electrodes and an insulating member disposed between the electrodes, and carbon particles as a surface layer forming powder are accommodated, and the surface layer is formed between the electrodes. When a target material having a carbon surface layer formed on the surface of the target substrate is applied by applying a voltage for reciprocating the powder for use, amorphous carbon particles are heated to a high temperature of 2500 K or higher in an inert gas atmosphere. It is characterized by being composed of carbon particles graphitized by heating.

請求項1記載の発明によれば、グラファイト化された炭素粒子を使用するので、ターゲット基板表面にターゲット材料としての炭素を高い密着性を持って均一に形成することができる。   According to the first aspect of the invention, since the graphitized carbon particles are used, carbon as a target material can be uniformly formed on the surface of the target substrate with high adhesion.

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例(実施例)を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, specific examples (examples) of the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples.
In the following description using the drawings, illustrations other than members necessary for the description are omitted as appropriate for easy understanding.

図1は本発明の実施例1のガンマ線源装置の説明図である。
図1において、実施例1のガンマ線源装置1は、排気装置Pにより内部が排気された装置筐体1aを有する。前記装置筐体1a内部には、荷電粒子線源の一例としての陽電子線源装置2が配置されている。前記陽電子線源装置2から出力された陽電子線2aは、ガンマ線発生用ターゲット材3に照射される。前記ターゲット材3は、ターゲット基板3aと、ターゲット基板3a表面に形成された表面層3bとを有する。前記ターゲット材3は、図示しない移動装置により、装置筐体1a内で移動可能に構成されており、同じ位置に陽電子線2aが照射され続けることで破損することを低減するために照射される位置を変更可能である。なお、実施例1では、ターゲット材3の基板3aは、ガンマ線に影響を与えにくい金(Au)により構成されており、表面層3bはガンマ線を発生させやすい炭素13(13C)により構成されている。
前記陽電子線2aが照射されたターゲット材3の表面層3bでは、制動放射のガンマ線4が放出され、発生したガンマ線4は装置筐体1の窓材6を通じて外部に出力される。なお、前記窓材6としては、ガンマ線4の透過率が高い材料で構成可能であり、例えば、ベリリウムやアルミニウム等により構成できる。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a gamma ray source apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the gamma ray source device 1 according to the first embodiment includes a device housing 1 a that is evacuated by an exhaust device P. A positron beam source device 2 as an example of a charged particle beam source is disposed inside the device casing 1a. The positron beam 2a outputted from the positron beam source device 2 is irradiated to the target material 3 for generating gamma rays. The target material 3 has a target substrate 3a and a surface layer 3b formed on the surface of the target substrate 3a. The target material 3 is configured so as to be movable in the apparatus housing 1a by a moving device (not shown), and is irradiated to reduce damage caused by continuing irradiation with the positron beam 2a at the same position. Can be changed. In Example 1, the substrate 3a of the target material 3 is made of gold (Au) that hardly affects gamma rays, and the surface layer 3b is made of carbon 13 ( 13C ) that easily generates gamma rays. Yes.
On the surface layer 3b of the target material 3 irradiated with the positron beam 2a, bremsstrahlung gamma rays 4 are emitted, and the generated gamma rays 4 are output to the outside through the window material 6 of the apparatus housing 1. The window material 6 can be made of a material having a high transmittance of gamma rays 4, and can be made of beryllium, aluminum, or the like, for example.

図2は本発明の実施例1のターゲット材製造装置の全体説明図である。
図2において、本発明の実施例1のガンマ線発生用のターゲット材製造装置11は、板状のベース12を有する。前記ベース12上には、第1電極部材13が支持されており、前記第1電極部材13の上方には、第1電極部材13に対向して第2電極部材14が配置されている。なお、実施例1では、前記第1電極部材13として、前記ターゲット材3のターゲット基板3aを使用することで、第1電極部材13とターゲット基板3aとを共通化(兼用)した。また、実施例1では、ターゲット基板3a(バッキング層)として、金(Au)を使用した。さらに、実施例1では、前記電極部材13,14間の距離は10mm(=1cm)に設定されているが、前記距離は設計や仕様等に応じて任意に変更可能である。
前記一対の電極部材13,14には、電源装置Eが接続されている。前記一対の前記電極部材13,14の内側には中空円筒状(リング状)の絶縁部材18が挟持されている。前記一対の電極部材13,14および絶縁部材18により囲まれた空間により粉体Fが収容される粉体収容空間19が構成されている。なお、実施例1では、前記絶縁部材18は、内周が直径25cmのリング状に形成されているが、直径は設計等に応じて任意に変更可能である。また、前記絶縁部材18として、ガラスが使用されているが、材料は特に限定されず、任意の絶縁性の部材(セラミック、樹脂等)を採用可能である。
FIG. 2 is an overall explanatory view of the target material manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the target material manufacturing apparatus 11 for generating gamma rays according to the first embodiment of the present invention has a plate-like base 12. A first electrode member 13 is supported on the base 12, and a second electrode member 14 is disposed above the first electrode member 13 so as to face the first electrode member 13. In Example 1, the target substrate 3a of the target material 3 was used as the first electrode member 13, whereby the first electrode member 13 and the target substrate 3a were shared (shared). In Example 1, gold (Au) was used as the target substrate 3a (backing layer). Furthermore, in Example 1, although the distance between the said electrode members 13 and 14 is set to 10 mm (= 1 cm), the said distance can be changed arbitrarily according to a design, a specification, etc.
A power supply device E is connected to the pair of electrode members 13 and 14. A hollow cylindrical (ring-shaped) insulating member 18 is sandwiched between the pair of electrode members 13 and 14. A powder storage space 19 in which the powder F is stored is constituted by a space surrounded by the pair of electrode members 13 and 14 and the insulating member 18. In Example 1, the insulating member 18 is formed in a ring shape having an inner diameter of 25 cm. However, the diameter can be arbitrarily changed according to the design or the like. Further, although glass is used as the insulating member 18, the material is not particularly limited, and any insulating member (ceramic, resin, etc.) can be employed.

前記ベース12の端部には、支柱21が支持されており、支柱21の先端部には第2電極部材14側に延びるアーム22がネジ止めされている。前記アーム22の先端部には、軸部材23が上下方向に移動可能に支持されている。軸部材23の下端には前記第2電極部材14の上面に接触する板状の押圧部材24が支持されている。前記軸部材23には、前記押圧部材24とアーム22との間にスプリング26が装着されており、押圧部材24を常時下方に付勢する。したがって、前記押圧部材により第2電極部材14は第1電極部材13側に押圧され、粉体Fが外部に漏出しないように粉体収容空間19が密閉される。
実施例1では、前記粉体収容空間19は、真空排気されず、室温の大気圧下に配置されている。そして、前記電源装置Eにより、電極部材13,14間に12kV程度の直流電圧(即ち、電界強度は12kV/cm)と、交流電圧が重畳されて印加される。なお、前記電圧は、12kVに限定されず、炭素の膜が成膜可能な任意の電圧、例えば、3kV〜30kV程度の間の値に設定可能である。
A support column 21 is supported at the end of the base 12, and an arm 22 extending to the second electrode member 14 side is screwed to the tip of the support column 21. A shaft member 23 is supported at the tip of the arm 22 so as to be movable in the vertical direction. A plate-like pressing member 24 that contacts the upper surface of the second electrode member 14 is supported at the lower end of the shaft member 23. A spring 26 is mounted on the shaft member 23 between the pressing member 24 and the arm 22 and always urges the pressing member 24 downward. Therefore, the second electrode member 14 is pressed toward the first electrode member 13 by the pressing member, and the powder containing space 19 is sealed so that the powder F does not leak outside.
In Example 1, the powder storage space 19 is not evacuated but is disposed at room temperature under atmospheric pressure. Then, a DC voltage of about 12 kV (that is, an electric field strength of 12 kV / cm) and an AC voltage are superimposed and applied between the electrode members 13 and 14 by the power supply device E. The voltage is not limited to 12 kV, and can be set to any voltage at which a carbon film can be formed, for example, a value between about 3 kV to 30 kV.

また、実施例1では、前記粉体収容空間19には、粉体Fとして、ターゲット材3の表面層3bを形成するための表面層形成粒子が収容されており、実施例1では、前記表面層形成粒子Fは、グラファイト化された炭素13(13C)により構成されている。なお、炭素13に限定されず、炭素12(13C)も使用可能である。
前記グラファイト化された炭素13は、以下の方法により作成する。まず、天然の炭素を遠心分離法、レーザー拡散法または電磁同位体分離法等の従来公知の同位体の分離方法により、炭素13を濃縮度99%以上にする。次に、この分離された濃縮同位体炭素13を、不活性ガスの一例としての窒素(N)ガスの1気圧の雰囲気中で、常温から昇温して、2500K〜3500Kで3時間以上加熱する。加熱して得られた炭素13の粉体を、瑪瑙乳鉢で粉砕して数10μm程度の微粉体とし、この微粉体を使用する。
In Example 1, the powder containing space 19 contains surface layer forming particles for forming the surface layer 3b of the target material 3 as the powder F. In Example 1, the surface contains the surface. The layer-forming particles F are composed of graphitized carbon 13 ( 13 C). In addition, it is not limited to carbon 13, Carbon 12 ( 13C ) can also be used.
The graphitized carbon 13 is prepared by the following method. First, the concentration of carbon 13 is increased to 99% or higher by a conventionally known isotope separation method such as centrifugal separation, laser diffusion, or electromagnetic isotope separation. Next, the separated concentrated isotope carbon 13 is heated from room temperature in a 1 atm atmosphere of nitrogen (N 2 ) gas as an example of an inert gas and heated at 2500 K to 3500 K for 3 hours or more. To do. The powder of carbon 13 obtained by heating is pulverized in an agate mortar to form a fine powder of about several tens of μm, and this fine powder is used.

(実施例1の作用)
前記構成を備えた実施例1のガンマ線発生用のターゲット材製造装置11において、3000Kで加熱した炭素13を使用すると、ターゲット基板3a表面に炭素13の表面層3bが均一に形成されることが実験により確認された。このとき、遠心分離で得られた状態の炭素13と、加熱後の炭素13とを、X線回折法により測定すると、同位体が分離された状態の炭素13は、アモルファス(非晶質)カーボンであるのに対し、2500K以上で加熱後の炭素13は、グラファイト結晶に転換していることがわかった。
(Operation of Example 1)
In the target material manufacturing apparatus 11 for generating gamma rays of Example 1 having the above-described configuration, when carbon 13 heated at 3000 K is used, the surface layer 3b of carbon 13 is uniformly formed on the surface of the target substrate 3a. Confirmed by At this time, when carbon 13 in a state obtained by centrifugation and carbon 13 after heating are measured by an X-ray diffraction method, carbon 13 in a state where isotopes are separated is amorphous (amorphous) carbon. On the other hand, it was found that the carbon 13 after heating at 2500 K or more was converted to a graphite crystal.

したがって、実施例1のガンマ線発生用ターゲット材製造装置11では、炭素13をグラファイト化し、グラファイト化された炭素13を使用することで、均一な表面層3bを形成することができる。また、作製された炭素膜は、密着性が高く、且つ、貴重で高価な炭素試料の純度を低下せず、損失がなく(高収率で)、必要な厚さで成膜できる。そして、従来よりも厚い厚さで成膜できる。さらに、ターゲット材製造装置11は、室温で実行可能であり、ターゲット基板3aの加熱等も伴わないため、ターゲット基板3aの変形や変質が発生しないと共に、炭素膜成膜後すぐに取り出すことができる。したがって、実施例1のガンマ線源装置1では、均一な厚みで、密着性、耐久性が非常に高く、荷電粒子ビーム照射により膜厚が減少しない炭素13の表面層3bを有するターゲット材3を使用して、安定したガンマ線を発生させることができる。   Therefore, in the target material manufacturing apparatus 11 for generating gamma rays of the first embodiment, the uniform surface layer 3b can be formed by graphitizing the carbon 13 and using the graphitized carbon 13. Further, the produced carbon film has high adhesion, and does not deteriorate the purity of a valuable and expensive carbon sample, and can be formed with a necessary thickness without loss (high yield). And it can form into a film thicker than before. Furthermore, since the target material manufacturing apparatus 11 can be executed at room temperature and does not involve heating of the target substrate 3a, the target substrate 3a is not deformed or altered, and can be taken out immediately after the carbon film is formed. . Therefore, the gamma ray source device 1 of Example 1 uses the target material 3 having the surface layer 3b of the carbon 13 that has a uniform thickness, extremely high adhesion and durability, and does not decrease in film thickness due to charged particle beam irradiation. Thus, stable gamma rays can be generated.

(成膜実験)
(実験例1)
実験例1では、アモルファス粉末を2500K〜3500Kの高温度処理により、フレーク状のアモルファス炭素13を、グラファイト結晶化し、グラファイト化された粉末を瑪瑙乳鉢で、平均粒径40μmの微粉体化した。この微粉体を、厚さ0.2mmの金のバッキング膜を電極基板13として、実施例1のターゲット材製造装置11で16kVの直流高電圧を印加して、炭素13の成膜を行った。その結果、ターゲット基板(第1電極基板)3a表面に収量がほぼ100%で高密着性をもった一様な炭素膜が成膜されたターゲットが作製された。ターゲット材製造装置11を3時間の作動させた場合の炭素膜の厚さは、アモルファスカーボンの6倍の500μm/cmであった。この炭素13膜の一様性は、どの場所にもよらず、最大で2%以内であった。実験の結果、炭素膜の厚さは最大で5000μg/cmまで作製できた。
(実験例2)
実験例2では、炭素13に換えて、炭素12にした以外は、同様の条件、同様の装置でターゲットを作製した。
(Deposition experiment)
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, the amorphous powder was crystallized from the flaky amorphous carbon 13 by high-temperature treatment at 2500 K to 3500 K, and the graphitized powder was pulverized into a fine powder having an average particle size of 40 μm in an agate mortar. Using this fine powder, a gold backing film having a thickness of 0.2 mm was used as the electrode substrate 13, and a DC high voltage of 16 kV was applied by the target material manufacturing apparatus 11 of Example 1 to form a carbon 13 film. As a result, a target was produced in which a uniform carbon film having high adhesion and high yield was formed on the surface of the target substrate (first electrode substrate) 3a. The thickness of the carbon film when the target material manufacturing apparatus 11 was operated for 3 hours was 500 μm / cm 2 , six times that of amorphous carbon. The uniformity of the carbon 13 film was within 2% at the maximum regardless of the location. As a result of the experiment, the maximum carbon film thickness was 5000 μg / cm 2 .
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, a target was produced under the same conditions and the same apparatus except that carbon 12 was used instead of carbon 13.

(比較例1)
比較例1では、高温度処理無しの濃縮同位体アモルファス炭素粉末を厚さ0.2mmの金バッキング膜表面に電子ビーム蒸着法により、厚さ80μg/cmの炭素膜を成膜してターゲットを作製した。
(比較例2)
比較例2では、高温度処理無しの濃縮同位体アモルファス炭素粉末を、実施例1のターゲット材製造装置11で、実験例1と同様にして作製した膜厚〜100μg/cm以下のターゲットを作製した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a concentrated isotope amorphous carbon powder without high-temperature treatment was deposited on the surface of a gold backing film having a thickness of 0.2 mm by an electron beam evaporation method to form a carbon film having a thickness of 80 μg / cm 2. Produced.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a concentrated isotope amorphous carbon powder without high-temperature treatment was produced in the same manner as in Experimental Example 1 using the target material production apparatus 11 of Example 1, and a target having a thickness of ˜100 μg / cm 2 was produced. did.

前記実験例1、2および比較例1、2のターゲットを静電型加速器にセットし、エネルギー3.2MeV、Ne、3μA、ビームスポット径3.5mmのイオンビームを各ターゲットに照射した。比較例1では、照射開始から45分で炭素層が金のバッキング膜から剥離した。比較例2では、照射開始から2時間後に小さな割れが発生し、次第に全体に広がり、最後は剥離した。
実験例1,2では、共に、25時間照射したが、剥離や膜厚減少、変形は全く発生せず、安定していた。なお、実験例1,2で、炭素膜の厚さを厚くして複数形成したが、厚みにかかわらず、同様に破損等せず、安定していた。
なお、メタンガスを熱分解して作製される市販の炭素フォイル(比較例3)は、同じ照射条件の場合、20分以内で破損した。
The targets of Experimental Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were set in an electrostatic accelerator, and each target was irradiated with an ion beam having an energy of 3.2 MeV, Ne + , 3 μA, and a beam spot diameter of 3.5 mm. In Comparative Example 1, the carbon layer peeled off from the gold backing film 45 minutes after the start of irradiation. In Comparative Example 2, small cracks occurred 2 hours after the start of irradiation, gradually spread over the whole, and finally peeled off.
In Experimental Examples 1 and 2, both were irradiated for 25 hours, but peeling, film thickness reduction, and deformation did not occur at all and were stable. In Experimental Examples 1 and 2, a plurality of carbon films were formed by increasing the thickness. However, the carbon films were not damaged and were stable regardless of the thickness.
In addition, the commercially available carbon foil (comparative example 3) produced by thermally decomposing methane gas was damaged within 20 minutes under the same irradiation conditions.

(グラファイト化実験)
次に、高温度処理を実行する温度と、グラファイト化との関係を検証する実験を行った。
(実験条件)
分離された濃縮同位体のアモルファス炭素のフレーク500mgを、真空高温焼結炉の坩堝に入れて、窒素ガス雰囲気で、5時間加熱した。加熱温度は、2000K(比較例3)、2500K(実験例3)、3000K(実験例4)、3500K(実験例5)で実験を行った。
各温度で作製された粉末をX線スペクトル(X線回折法)で分析すると、比較例3では表れなかったが、実験例3〜5では、グラファイト結晶を示すスペクトルが観測された。この高温処理した粉末を瑪瑙乳鉢で粉砕して、実施例1のターゲット材製造装置11を使用して成膜すると、均一に成膜できた。
(Graphitization experiment)
Next, an experiment was conducted to verify the relationship between the temperature at which the high temperature treatment is performed and the graphitization.
(Experimental conditions)
The separated concentrated isotopic amorphous carbon flakes (500 mg) were placed in a crucible of a vacuum high-temperature sintering furnace and heated in a nitrogen gas atmosphere for 5 hours. Experiments were performed at a heating temperature of 2000K (Comparative Example 3), 2500K (Experimental Example 3), 3000K (Experimental Example 4), and 3500K (Experimental Example 5).
When the powder produced at each temperature was analyzed by X-ray spectrum (X-ray diffraction method), it did not appear in Comparative Example 3, but in Experimental Examples 3 to 5, spectra showing graphite crystals were observed. When this high-temperature-treated powder was pulverized in an agate mortar and formed into a film using the target material manufacturing apparatus 11 of Example 1, a uniform film could be formed.

(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)〜(H06)を下記に例示する。
(H01)前記実施例において、常温大気圧下でガンマ線発生用ターゲット材製造装置11を稼働させたが、これに限定されず、粉体収容空間19を加熱または冷却したり、真空排気あるいは高圧ガス封入等任意に変更可能である。すなわち、真空圧、大気圧、高圧状態のいずれでも、ターゲット材3を作製可能である。なお、このとき、温度や圧力、粉体のサイズ等により放電条件が変わるため、放電せず且つ粒子の往復動が行われる電圧を電源装置で印加することが必要となる。
(Example of change)
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example, A various change is performed within the range of the summary of this invention described in the claim. It is possible. Modification examples (H01) to (H06) of the present invention are exemplified below.
(H01) In the above embodiment, the target material manufacturing apparatus 11 for generating gamma rays was operated at room temperature and atmospheric pressure. However, the present invention is not limited to this, and the powder storage space 19 is heated or cooled, evacuated, or high-pressure gas. It can be arbitrarily changed such as encapsulation. That is, the target material 3 can be produced in any of a vacuum pressure, an atmospheric pressure, and a high pressure state. At this time, since the discharge conditions vary depending on the temperature, pressure, powder size, etc., it is necessary to apply a voltage that does not discharge and reciprocates the particles with the power supply device.

(H02)前記実施例において、ターゲット基板3aとして、金(Au)を例示したが、これに限定されず、例えば、タンタルや銅等の金属材料を使用することも可能である。また、アルミナ(酸化アルミニウム)等のセラミックス等を使用することも可能であるが、この場合は、セラミック等が絶縁性であるため、第1電極部材13と共通化できず、第1電極部材13の表面側にセラミックス製のターゲット基板を配置する必要がある。なお、ターゲット基板3aとしては、発生したガンマ線が透過する性能が高いものが好ましいことはいうまでもない。また、ターゲット基板3aと電極13とを共通化したが、別体とし、電極13の内側にターゲット基板3aを配置して、ターゲット基板3a表面に表面層3bを形成することも可能である。 (H02) In the above embodiment, gold (Au) is exemplified as the target substrate 3a. However, the target substrate 3a is not limited to this. For example, a metal material such as tantalum or copper can be used. In addition, ceramics such as alumina (aluminum oxide) can be used. In this case, since the ceramics and the like are insulative, the first electrode member 13 cannot be used in common with the first electrode member 13. It is necessary to dispose a ceramic target substrate on the surface side of the substrate. Needless to say, the target substrate 3a is preferably a substrate having a high performance of transmitting the generated gamma rays. Further, although the target substrate 3a and the electrode 13 are made common, it is also possible to form a surface layer 3b on the surface of the target substrate 3a by arranging the target substrate 3a inside the electrode 13 separately.

(H03)前記実施例において、装置のサイズや印加する電圧は、実施例に例示した値に限定されず、設計に応じて変更可能である。このとき、電極間の間隔と、電圧は、放電条件や粉体の往復動と関連するため、放電せず且つ往復動可能な電圧および電極間間隔に設定することができる。また、印加する電圧は直流電圧に交流電圧が重畳された電圧に限定されず、交流電圧あるいは直流電圧のみ、あるいはパルス状の電圧とすることも可能である。
(H04)前記実施例において、めのう乳鉢で粉砕した粉体を例示したが、これに限定されず、任意の方法で往復動可能な程度の大きさ(比重等により異なるが、500μm以下程度が好ましい)にすることが可能である。また、製造された球状粒子の径は、粉体Fのサイズによるところがあるため、製造された球状粒子の径のばらつきを少なくするために、粉体Fのサイズも揃えることが望ましい。
(H03) In the embodiment, the size of the device and the voltage to be applied are not limited to the values exemplified in the embodiment, and can be changed according to the design. At this time, since the distance between the electrodes and the voltage are related to the discharge conditions and the reciprocating motion of the powder, it is possible to set the voltage and the distance between the electrodes so as not to discharge and reciprocating. Further, the voltage to be applied is not limited to a voltage in which an AC voltage is superimposed on a DC voltage, and may be an AC voltage, only a DC voltage, or a pulsed voltage.
(H04) In the above examples, the powder pulverized with an agate mortar was exemplified, but the present invention is not limited to this, and the size is such that it can reciprocate by any method (although it varies depending on the specific gravity, etc., about 500 μm or less is preferable ). Further, since the diameter of the produced spherical particles depends on the size of the powder F, it is desirable to make the size of the powder F uniform in order to reduce the variation in the diameter of the produced spherical particles.

(H05)前記実施例において、荷電粒子線源として陽電子線源を例示したが、これに限定されず、炭素13からガンマ線を発生可能な荷電粒子線源であれば、レーザ光源装置や電子銃、イオンビーム発生装置等の荷電粒子線源を使用可能である。
(H06)前記実施例において、アモルファスの炭素12、炭素13をグラファイト化する際の温度、使用ガス、圧力、時間は、例示した条件に限定されず、炭素12,炭素13がアモルファスからグラファイトの状態にできる任意の数値に変更可能である。例えば、使用ガスは不活性ガスとして希ガスを使用することが可能であり、真空状態とすることも可能である。また、圧力も1気圧よりも高圧、低圧とすることが可能であり、時間もグラファイト化するのに十分な時間に変更可能である。
(H05) In the above embodiment, the positron beam source is exemplified as the charged particle beam source. However, the present invention is not limited to this, and a charged particle beam source capable of generating gamma rays from carbon 13 is used. A charged particle beam source such as an ion beam generator can be used.
(H06) In the above embodiment, the temperature, gas used, pressure and time for graphitizing amorphous carbon 12 and carbon 13 are not limited to the exemplified conditions, and the carbon 12 and carbon 13 are in a state of amorphous to graphite. It can be changed to any number that can be For example, the gas used can be a rare gas as an inert gas, and can also be in a vacuum state. Also, the pressure can be higher or lower than 1 atm, and the time can be changed to a time sufficient for graphitization.

図1は本発明の実施例1のガンマ線源装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a gamma ray source apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は本発明の実施例1のガンマ線発生用ターゲット材製造装置の全体説明図である。FIG. 2 is an overall explanatory view of the target material manufacturing apparatus for generating gamma rays according to the first embodiment of the present invention. 図3は従来の炭素13の成膜方法で成膜した場合の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram in the case where the film is formed by the conventional carbon 13 film forming method.

符号の説明Explanation of symbols

1…ガンマ線源装置、
2…荷電粒子線源、
2a…荷電粒子、
3…ガンマ線発生用のターゲット材、
3a,13…ターゲット基板、
3b…表面層、
11…ガンマ線発生用のターゲット材製造装置、
13,14…電極、
18…絶縁部材、
19…空間、
E…電源装置。
1 ... gamma ray source device,
2 ... charged particle beam source,
2a ... charged particles,
3 ... Target material for generating gamma rays,
3a, 13 ... target substrate,
3b ... surface layer,
11 ... Target material manufacturing apparatus for generating gamma rays,
13, 14 ... electrodes,
18 ... Insulating member,
19 ... space,
E: Power supply device.

Claims (1)

少なくとも一対の電極および前記電極間に配置された絶縁部材により形成された空間に、ターゲット基板を配置し且つ表面層形成用粉体としての炭素粒子を収容して、前記電極間に前記表面層形成用粉体を往復動させる電圧を印加することにより、前記ターゲット基板表面に炭素の表面層が形成されたターゲット材を製造する場合に、アモルファスの炭素粒子を不活性ガス雰囲気中で2500K以上の高温に加熱することでグラファイト化された炭素粒子により構成されたことを特徴とするターゲット材料。   A target substrate is disposed in a space formed by at least a pair of electrodes and an insulating member disposed between the electrodes, and carbon particles as a surface layer forming powder are accommodated, and the surface layer is formed between the electrodes. When a target material having a carbon surface layer formed on the surface of the target substrate is applied by applying a voltage for reciprocating the powder for use, amorphous carbon particles are heated to a high temperature of 2500 K or higher in an inert gas atmosphere. A target material comprising carbon particles that have been graphitized by being heated.
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