[发明专利]离子束用的电荷转换膜

说明书

本发明目的在于提供离子束用的电荷转换膜，所述离子束用的电荷转换膜在大强度射束使用下也不易受到损伤、放射性活化，具有高耐久性，容易控制小于10μm的膜厚。本发明为一种离子束用的电荷转换膜，其为碳成分为96原子％以上、25℃下的膜面方向的热导率为800W/mK以上的离子束用的电荷转换膜的单层体或前述离子束用的电荷转换膜的层叠体，其厚度小于10μm且为100nm以上。

技术领域

本发明为出于离子束的电荷转换的目的而使用的电荷转换膜，具体而言，为用于对膜照射离子束并从离子中去除电子，从而生成价数更高的离子束的离子束用的电荷转换膜。本发明涉及在大强度射束使用下也具有非常高的耐久性的离子束用的电荷转换膜。

背景技术

由加速器制作的大强度射束在生命、基本粒子物理的现象解明中承担重要的作用，国内外面向射束大强度化的研究开发正变得活跃(非专利文献1)。

作为该大强度射束，最常使用的射束之一为正电子束。正电子束是使氢的原子核即“质子”大量集束并加速至接近光速从而如光线那样地释放的射束。关于该正电子束，利用线形加速器进行了加速的H^-射束被设置于小型同步加速器的入射部的电荷转换膜电荷转换为H⁺射束后，依次被小型同步加速器、大型同步加速器加速而成为大强度正电子束。该正电子束在中微子实验、结构分析实验、医疗(正电子射线治疗)等各种实验中使用。

原子的离子束用的电荷转换膜不仅暴露于入射射束中，还会暴露于周回射束中，因此由于射束照射、射束引起的发热(1500K以上)而受到损伤，造成变形、破损，事实上电荷转换膜的耐久性(寿命)是决定射束线的连续运行时间的重要的要素。进而，由于电荷转换膜会因大强度射束的照射而放射性活化，因此在更换电荷转换膜时有被放射线照射的担忧。因此，非常期望开发具有高电荷转换效率、在大强度射束照射下的耐久性优异、并且不会放射性活化的电荷转换膜(非专利文献2)。

作为这样的离子束用的电荷转换膜，最广泛使用碳质膜。将碳质膜用作离子束用的电荷转换膜时，为了得到期望的电荷转换效率，根据原射束的电荷、电荷转换后的射束的电荷、射束的种类来确定其理想的碳膜的厚度范围，比期望的范围薄或厚都会对射束的电荷分布、电荷效率带来影响(非专利文献1)。这是因为，为了使大强度射束转换为目标价数，需要某一特定的每单位面积的碳重量。例如，碳(碳束)的电荷转换膜中需要的碳重量设为膜的每单位面积为0.02mg/cm²以上且2.0mg/cm²以下。使用该每单位面积的重量范围外的碳膜时，认为射束价数的分布会产生偏差等。由于以上情况，为了碳质电荷转换膜的高转换效率，能够在0.02mg/cm²以上且2.0mg/cm²以下的范围内自由地控制碳膜的膜厚变得重要。

原子序数比氧(原子序数8)更小的离子束用的电荷转换膜中使用的碳膜的密度优选为1.6g/cm³以上且2.26g/cm³以下，例如密度为2.0g/cm³时，为了满足上述优选的每单位面积的重量范围，优选厚度小于10μm且为100nm以上。例如，为质子束的情况下，为了使从H^-向H⁺的转换效率为99.7％，认为约1.5μm的厚度的碳膜是理想的。这样，需要可应对各种射束线的要求、能够对应各种厚度、进而具备充分的耐久性的电荷转换膜用碳膜。

作为这样的电荷转换膜，报告了通过以往的电弧放电等方法蒸镀的碳膜(专利文献1)、混合有碳和硼的电荷转换膜(专利文献2)。然而，已知碳膜会因例如高强度的正电子束的照射而在非常短的时间内破损。

另一方面，碳/硼混合型电荷转换膜是与以往的碳膜相比实现了大幅长时间的寿命的膜，但其寿命特性也不充分。因此现状是：通过将多张电荷转换膜不破坏真空地进行更换等操作，能够勉强连续使用一年。进而，碳/硼的混合膜除了物理强度弱以外，还存在制膜时使用的化学试剂所含的钠等杂质因射束照射而放射性活化等严重的问题(非专利文献2)。