本研究では､加速器施設や宇宙空間での照射効果の評価､さらには地上においても懸念されている半導体 シングルイベント現象の解明に必要不可欠であり､新たに線量評価に加えるべきと考える数10 MeV領域 における核子入射のフラグメント生成に関して､既存のデータ､実験手法を調査し､その問題点を整理し､
それを解決するための実験方法及びデータ解析手法の検討を行い､新たな測定手法の開発･整備を行った｡
新たに開発した検出器･データ解析法は様々な観点の実験データや計算値から検討･比較しその妥当性を明 らかにした｡新たに開発したフラグメント測定手法によって､系統的なフラグメント生成微分データを取 得した｡得られた実験データをデータライブラリ､理論計算と比較しこれらの現状と問題点を明らかにし､
その問題点を解決および改善するための方針を検討した｡
1)数10MeV領域におけるフラグメント生成反応の微分データ測定法の開発
本研究では､フラグメント測定において有力と考えられる二つの手法: Bragg CtJrVe Counter (BCC) とEnergy Time‑of‑Flight (E‑TOF)法に着目した｡特性の異なる二つの実験手法を組み合わせること によって､相補的なフラグメントスペクトル情報を得た｡
主検出法として立体角を大きくできるBCC法を採用し､陽子･中性子入射反応測定に適した検出 器を新たに開発した｡また､従来のBCC法はエネルギーダイナミックレンジが小さいという問題が あったため､本研究では新たな測定手法として､カソード電極から得られるタイミング信号を利用し､
アノードタイミング信号との時間差を測定することによって得られる粒子の飛程情報に着目し､ BCC の測定エネルギー範囲の拡張を行った｡また､新たな解析手法としてエネルギーダイナミックレンジ を大きくできない要因である突き抜け粒子のエネルギー補正法を開発した｡まとめると
1)カソード･アノード時間差を用いた飛程情報の取得と､
2)高エネルギー粒子の突き抜け補正 を新たに開発した｡
1)に関して､飛程情報を用いた粒子弁別によって従来のブラッグピークによる弁別よりも低エネ ルギーから粒子弁別が可能なことを示した｡また､従来のプラッグピーク法ではプラッグピーク法が 粒子の質量数よりも原子番号に強く依存するため､同位体を弁別することは困難であったが､飛程情 報は粒子の原子番号だけでなく質量数にも依存するので､粒子の同位体弁別が可能となった｡
2)に関して､高エネルギー軽フラグメントは検出器を突き抜けしまい､検出器に部分的なエネル ギーしか付与しないため､測定できないという問題があった｡本研究では､フラグメントが検出器中 に付与した△E情報からフラグメントのエネルギーを補正することを行った｡粒子の入射エネルギー と△Eの関係はSRMコードによって予め各粒子に関して計算し､各粒子に対して指数関数でフィッ
トし用いた｡手法の妥当性は重イオンの直接入射実験や実際の陽子入射反応に適用して､検証した｡
中性子入射反応‑の応用では､検出器立体角を増加するため､内部サンプル･直接照射を適用した｡
また､それに付随する問題として高バックグラウンド､角度をもって放出される粒子による弁別能の 悪化があった｡本研究では､それぞれに対して重核Ta極板､セグメントアノード電極を用いて対処 した｡結果､東北大学大強度準単色中性子源施設を用いて中性子に対する初めてのフラグメント生成 二重微分断面積を導出することができた.
E̲TOF法では､エネルギー検出器にはシリコン半導体検出器(SSD)を採用し､タイミング検出
には薄膜プラスチックシンチレ一夕(Thin Glm plastic scintillator)とMCP (Micro Chamel Plぬ)
を採用した｡検出効率はカルテルビーム実験によって評価し､薄膜シンチレークではほぼ100%で測 定されることを確認した｡タイミング検出のW曲のため･弁別下限値は従来のものより高いが･ 70 MeV陽子入射による炭素からのフラグメント計測に適用し･二重微分断面積データを得た｡
α粒子に関して､ BCCで得られたスペクトルとE‑TOFで得られたスペクトルはオーバーラップェネ ルギ一領域で一致しており､他の実験値とも良く一致していることから本研究手法の妥当性を示した｡
2)系統的データの取得(50, 70 MeV陽子､ 65 MeV中性子)
加速器施設･宇宙空間での半導体の照射効果の評価や線量評価に重要なデータである炭素､アルミ ニウム､シリコンに着目し､陽子50､ 70MeV入射反応に関して300から1350の角度点で系統的に
測定を行い､ (p,Ⅱe)､ (p,Li)､ (p,Be)､ (p,B)､ (p,C)〜 (p,N)､ (p,0)､ (p,F)二重微分断面積データを､
様々な放出角度方向(30‑､ 60‑､ 90‑､ 135‑deg･)に対して初めて得た｡
中性子に関しては､ 65MeV準単色中性子源を用いて､ Oo方向のフラグメントの測定を行い､初 めての中性入射反応によるフラグメント生成二重微分断面積をC(n,Li)､ (A,Be)〜 (n,B)反応に対して 得た｡
3)理論計算モデルとの比較
本実験値は､過去に実験値が得られていて評価もされているα粒子に関しては･概ね過去の実験値 やLA150と一致することが確落された｡ α粒子より重い粒子は実験値がほとんど無いため･ PHITS コードで計算した理論計算(ISOBAR + GEMモデル､ JQMD + GEMモデル)との比較を行った｡
計算値は概ね実験値を再現できているが､高エネルギー領域では実験値を大きく過小評価しているこ とが明らかになった｡低エネルギー領域ではよく実験値を再現していることから･理論計算における ヵスケ‑ドモデル(ISOBAR､ JQMD)に問題があることがわかった｡特に､軽フラグメント放出に ぉいてその傾向が強いことから､理論計算においてカスケード過程における積極的なフラグメント放 出を考慮すべきと考える｡
以上本研究によって､新たなフラグメント測定手法が開発され､陽子･中性子入射反応に対して新しいフ ラグメント生成断面積が系綻的に得られた｡本研究の成果は､理論計算コードの開発や･半導体ソフトエ ラーの評価に用いられ､今後､その分野の大きな発展に貢献することが期待される｡
参考文献
【1】 E. ∫. X血‥東北大学修士論文, 1994年度(東北大学工学研究科)
【2】 E. ∫. K血:東北大学博士論文, 1998年度(東北大学工学研究科) [3] M. Baba etal･: Nucl･ Instrum･ Methods, A428 (1999) 454 [4] E. J. Kin etal･: Nucl･ Sci･ Eng" 129 (1998) 209
[51 E. ∫. Kin etal･‥ JI Nucl･ Sci･ Tbdmol･, 36 (1) (1999) 29
【6】村上悠紀雄､等編著, "放射線データブック"地人書館
【7】阪井英次､訳, "ニコラスツルフアニデス 放射線計測の理論と演習(上) "現代工学社
【8】阪井英次､訳, "ニコラスツルフアニデス 放射線計測の理論と演習(下) "現代工学社 [9] I.W̲Boldeman etal･: J･ Nud･ Sci･ TKlmol., 98 (1986) 181
[10】野口正安著,"γ線スペクトロメトリー"日刊工業
【11】京都大学臨界集合体実験装置 大学院実験テキスト･京都大学原子炉実験所
[12】原子力図書館げんしろう http://W‑‑atm･js七･go･jp/index･html
l13] ''The Joint Project for High‑intensity Proton Accelerators''･ JAEN‑Tech 99‑056･
[141 ''原子核研究"･ Vol･47 No･l JUIX･2002･
[151大強度陽子加速器計画ホームページ･ http://j‑parc･jp/index‑j･html･
[16] L. ManSur, H. Ullmaier･ hternationalworkshop on甲allation materials teclmology･ In Oak Rid9e･
1996.
[17l K. Gardner, etal･ ESS Report, ESS 95‑30M, 1995･
[18] a.Andreami, P. Batistomi, F･ I)e Marco･ Neutromics problems inthe dcsignand construction of a mapeticfusion reactor. In Nudear Data for Science and 71idnotogy, Vol･ 59, pp. 118‑129, SIF･
Bologna, 1997･
[19】 S. Leray, F. Borne, S･ Crespin, J･ Ft6haut, Ⅹ･Ledoux, E･ Martinez, Y･ Patin, EI Petibon, P･ Pras, A. BoudardI R･Legrain, Y.態rrien, FI Bro血打d, D･ Drake, J･ C･ Duchaaeaubeneix, J･ M･ Durand, S. Ⅰ. Meigo, G･ Milleret, D･ M･ Whittal, W･ Wlazlo･ D･ Durand, C･LeBrun･ F･ RLecolley･ F.
Lefebvres, M.Leuvd, C･ Varignon, F･ Hanappe, S･ M血ard, L Stuttge and J･ Thun･ Spallation neutron production by O･8, 1･2,弧d l･6 GeV protons on variotlS targetSI PhysI Rev･ C･ 65, 044621,
2002.
[201 1FMW CDA TEAM, ⅣMⅣ conceptual design activityfinal report edited by Marcello Martone, report 9･
[211日本原子力研究所IFMⅣホームページ･ http://insdell･tokai･jZwri･go･jp/IFMFHOME/･
【22】東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンターパンフレット, 2001･
[23】東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンターホームペ ジ･ http://www･cyTic･tohoku･ac.jp･
[24l A. T肝ahwa, H･ Sumki, K･ Kumagai, Y･ Kikudhi, T･ UekuBa, T･ Uenori, H･ Fbjisa恥, N･ Sugimoto, K. Itoh, M. Baba,瓦. 0rihara, and K, Mada･ New鮎も‑neutron time‑of‑Bight facilitie"t CYRICI
Nucl. Instr. and Meth. A, 491(3), 419‑425, 2002
[251宇宙開発事業団NASDAホームページ･ http://www･naBda･go.jp/･
[26】 ,,宇宙環境の放射線'',藤高和信,日本原子力学会誌Vol･35 No･10 (1993) 880
[27】 K. Oishi, " bstleS h space radiation shielding for linar base " , JAERLConL95‑016 (1995), p･125
【28】 ''宇宙に起因する放射線被爆'',藤高和信･保健物理27 (1992) 49‑58 [29】 "宇宙放射線被爆管理分科会中間報告",宇宙開発事業団,平成11年
【30】 "宇宙線物理学'', ′J咽 他編,朝倉書店, 1983年
[31】 P. Goldhagen, M･ Reginatto, T･ KmiBS, J･ W･ Wnson, R･ C･ Singleterry･ II W･ Jonesand W･ Van
stevenindk. Mea81Jrement Of the energy spectrum of cosmic‑ray induced neutrons aboardanER‑2 high‑altitude airplane ･ NucL･ Znstr. and Meth･ A, 476, pp･ 42 ‑ 51, 2001･
[321 P. Goldhagen, J･ M･ Clemand J･ W･ Wilson･ The energy spectrum of cosmic‑ray induced neutrons meastlred onanairplane over awide range ofaltitudeand latitude･ Radi･ Prot･ DoS･ , 110(1‑4), pp･
387 ‑ 392, 2004.
【33】鈴木大晋.放射線帯の荷電粒子及び地上の宇宙中性子の時系列変動測定に関する研究･修士学位論文, 東北大学大学院工学研究科量子エネルギー工学専攻, 2002･
【34】照沼和孝･数十MeV中性子による軽元素の放射化断面積測定と半導体メモリソフトエラーに関する基 礎研究.修士学位論文,東北大学大学院工学研究科量子エネルギー工学専攻, 2003･
【35】平林直哉･宇宙放射線による半導体ソフトエラー評価のための照射場の開発･修士学位論文,東北大学 大学院工学研究科量子エネルギー工学専攻, 2004.
【36】青木伯夫.加速器中性子源の工学設計に関する研究･修士学位論文,東北大学大学院工学研究科量子エ
ネルギー工学専攻, 2002.
[37] M. Baba, T. Aoki, M･ Hagiwara, M･ Sugimoto, T･ Miura, N･ Kawぬ･ A･ Y血deraand II･ 0rihara･
ExperimentalStudies on the neutron emission spectrumand indllCed radioactivity of the 7Li(d,A) reaction in the 20‑40 MeV reglOn･ J･ Nuct･ Mater･I 307‑3117 pp･ 1715 ‑ 1718, 2002･
【38】米内俊祐･黒鉛パイル熱中性子場及び大強度熱外中性子場の開発に関する研究･修士学位論文,東北大 学大学院工学研究科量子エネルギー工学専攻, 2002･
[39] S. AgoSteO, G. Curzioc, F･ d'Emico, R･ Nath弧d R･Tinti･ Charaderisation ofanaccelerator‑based neutron source for BNCT verSllS beam energy･ NucL･ tnstr･ and Me臥AI 476, pp･ 106 ‑ 112, 2002･
[401 M. B. Chadwick, P･ G･ Young, S･ Chiba, S･ C･ Ft弧Cle, G･ M･ Hale, HI G･ IIughes, A･ J･ Honing, RI C･
Little, a. E. MacFar1ane, 氏. E. Prael, L S. Waters. Cro88‑Sections to 150 MeVfor accelerator‑driven
system8 adld implementation in MCNPX･ Nucl. Sci･ En9･, 131, pp･ 293 I 328, 1999･
[41] M. B. Chadwick, P. G. Young, R･ E. M批Farlane, P･ Moller, G･ MI IIale, R･ C･ Little, A･ JI Kon‑
ins, S. Chiba. LA150 Documentation of Cross Sections, Eeating,and Damage: Part A (Imident Neutrons). LANL Accelerator ProdllCtion of ThtiumProgram, 1999･
[421 M. B. Chadwidk, P･ G･ Young, R･ E･ MacFarlane, P･ Moller, G･ M･ Hale, R･ C･ Little, A･ J･ Honing, S. chiba. LAL50 Documentation of Cryus SectioIW, Heating, and DamageI Part a (Incident PryltOnS)I LANI. Accelerator Production of TritiunProgran, 1999･
[43】 P. G. Young, et d. Comprehensive nuclearmodel calculations: Theory and use of the GNASH code･
In PllQC. IAEA WoTbhqp NucEew Reaction Data and Nudear Reactors‑Physics, Design, and Safety, p. 227, April 15 ‑ May 17 1998.
[44] A･ J･ Honing, S･ IIilaire, and MI C･ Duijvestijn･ TALYS: Comprehensive Nuclear Reaction Mode血g･
h Proc. of International Confer,ence on NtActear Data for Science and勉九nolo9y=NDaCaJ, pp1 1154‑
1159, Santa Fe, New Mexico, 26 September ‑ 1 October 2004･
[451 C. K. C血e aLnd M. Blam. The pre‑equilibriumstatisticalmodel: Description of the nudearequili‑
bration processand parweteri2;ation of the model. h Nuct･ PhyS･ A, 172, 225‑259 (1971)
[46] C. Kalbach, F･ M･ Ma‑. Phenomenology of continuuman印血distributions･ Ⅰ･ Systematicsand
parametri2ation, In Phys. Rev. a , 23, 112‑123 (1981)
[47] C. Kalbad, Systematics of continuunangular diStributionB: Extensions to higher energieS･ In Phys･
Retl. a , 37, 2350‑2370 (1988)
[481 Wdter Hauserand He‑an Feshbadh The Inelastic Scattering of Neutrons･ h Phys･ Rev･ , 87,
366‑373 (1952)
[49】 ∫. F. Briesmeister (Ed･) , etal･ MCNP ‑ A GeneralMonte C打lo N‑ParticleTransport Code, Ⅵ邪ion
4B, LA‑12625, Los Alamos NationalLaboratory 1997
[50】 E. A. Straker, etal･ The MORSE Code ‑ A Multi‑Group Neutronand GammarRay Monte Carlo
Tran8pOrt Code, ORNL/TM‑4280, Oak Ridge National Laboratory 1970
[51] ∫. F. Ziegler etal. The Stoppingand R弧ge Of Ions h Solids･ Perganon, New York (1985)･
[52】 JaLmeS F. Ziegler SfuM & TRJMウェブページ･ http‥//W‑･srim･org/･
【531中村尚司･放射線物理と加速器安全の工学第2版･地人書館, 2001･
【叫明午伸一臥中間エネルギー陽子及びα粒子による厚いターゲットからの生成中性子スペクトルに関す る実験的研究.博士学位論文,東北大学大学院工学研究科量子エネルギー工学専攻, 1999･
[551原子力研究所高崎研究所ホームページ･ http://www･taka･jaeri･go･jp/index‑j･html･
[561放射線医学総合研究所NnSホームページ･ http://Ⅶ‑Ⅳ･mirs･go.jp/index･htm･
[57】 S. Meigo. Measwements of the responcefunctionand the detection e缶ciency of an ne213 scintmator for neutrons between 20 and 65 mev. Nuct. tmtr. and Me肋. in Phys. Res. A, 401, pp. 356 ‑ 378, 1997.