JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

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4-52 Production of Highly Spin-Polarized Positron Source A. Kawasuso, M. Maekawa, Y. Fukaya and A. Yabuuchi Advanced Science Research Center, JAEA We attempt to produce the 68 Ge- 68 Ga radioisotope as a highly spin-polarized positron source. We irradiated 20 MeV or 25 MeV proton beam for 69 Ga targets. We confirmed the production of 68 Ge- 68 Ga radioisotopes by a nuclear reaction of 69 Ga (p, 2n) 68 Ge. From the magnetic field dependence of two-gamma self-annihilation intensity of positronium in a fused silica, we determined the spin polarization of emitted positrons to be more than 80 % as theoretically predicted using the positron helicity. 放射性同位元素から放出される陽電子のスピンは、弱い相互作用に伴うパリティ非保存のため、進行方向に偏極している。スピン偏極陽電子は、磁性体の新たな評価手段として期待される。しかし、十分に高いスピン偏極率と長い半減期を持つ陽電子線源が実用化されていなため、この分野の研究は立ち遅れている。そこで我々は、高エネルギーイオンビームを用いた核反応により、高スピン偏極陽電子線源を製造し、その磁性材料研究における可能性を追求している。陽電子のスピン偏極率は、主に陽電子のヘリシティ v/c(v:放出陽電子の速度、c:光速度)で決まる。即ち、高いスピン偏極率の陽電子を得るためには、放出陽電子の速度(エネルギー)が大きい陽電子線源を用いることが重要である。本研究では、陽電子の最大エネルギーが 1.9 MeV であり、理論上のスピン偏極率が 94%である 68 Ge- 68 Ga(半減期:288 日)に着目した。効率的に 68 Ge- 68 Ga を生成するために、分離精製された 69 Ga 安定同位体を標的物質とし、これにプロトンビームを照射することで 68 Ge- 68 Ga を生成した。IRAC コードを用いた計算評価の結果、プロトンエネルギー20 ~25 MeV、標的物質の厚さ 0.5~1 mm が最適条件であった。そこで実験では、厚さ 0.5 mm と 1 mm の 69 Ga ターゲットを各 1 個作製し、それぞれに 20 MeV と 25 MeV のプロトン照射を行った。また、照射中に融解した Ga が外部に漏出しないように、特別の線源カプセルを製作した(Fig. 1)。Ga はカーボン製の皿に格納され、上部を厚さ 25 m の Be 板で封じる構造になっている。プロトンビームは Be 板を貫通して照射される。 (a) (b) (c) (d) Fig. 1 Positron source capsule components: (a) pedestal, (b) carbon tray, (c) Be window and (d) outer cap with Ti window. JAEA-Review 2010-065 - 176 - 照射実験の結果、20 MeV と 25 MeV のプロトン照射 (積算照射電流:2.91 Ah、7.31 Ah)に対して、それぞれ 0.452 MBq と 0.985 MBq の 68 Ge- 68 Ga が生成していることが分かった。これらの放射能は、何れも IRAC 計算から期待されるものの 1/10~1/5 程度であった。この原因としては、ビーム電流や核反応断面積の過大評価が考えられ、今後検討すべき課題である。陽電子を溶融石英に打ち込むことでポジトロニウム (陽電子と電子の水素様結合状態:Ps という記号で表す)が生成される。通常、S=0 のパラ状態(p-Ps)と S=1 のオルソ状態(o-Ps)が 1:3 の割合で生成する。磁場中では、p-Ps と m=0 の o-Ps は新たな二つの混合状態を形成し、これらの二光子消滅率が変化する。この変化は、陽電子スピンが偏極していると、磁場反転非対称性を示す。この性質を使うことで、逆に、陽電子の偏極率を評価することができる 1) 。Fig. 2 は、上で製造した 68 Ge- 68 Ga と従来の 22 Na から放出される陽電子を溶融石英に打ち込んだ際に観測される Ps の二光子消滅強度の磁場依存性を示している。これより、 68 Ge- 68 Ga に対して観測される Ps の二光子消滅強度は 22 Na と比較して大きな磁場反転非対称性を示すことが分かる。理論解析の結果、 68 Ge- 68 Ga から放出される陽電子のスピン偏極率は 80%以上であることが分かった。 Reference 1) Y. Nagai et al., Nucl. Instrum. Meth. B 171 (2000) 199. S parameter 0.505 0.500 22-Na 68-Ge 0.495 -1.0 -0.5 0.0 Magnetic field (T) 0.5 1.0 Fig. 2 Two-gamma self-annihilation intensity of Ps in a fused silica observed using 68 Ge- 68 Ga (red circles) and 22 Na (blue circles).
JAEA-Review 2010-065 5. Status of Irradiation Facilities 2009 5-01 Safety Measures, Utilization Status and Machine Time Proportion at TIARA Facility ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 179 K. Mizuhashi, H. Takizawa, M. Hosono, K. Nishimura, Y. Nakamura, S. Kaneya, S. Mochizuki, T. Asai, M. Kawabata and K. Daikubara 5-02 Operation of the AVF Cyclotron ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 180 T. Nara, I. Ishibori, S. Kurashima, K. Yoshida, T.Yuyama, T.Ishizaka, S. Okumura, N. Miyawaki, H. Kashiwagi, Y.Yuri, W. Yokota, K. Akaiwa, To. Yoshida, S. Ishiro, Tu. Yoshida, S. Kanou, A. Ihara, K. Takano and T. Saitoh 5-03 Operation of the Electrostatic Accelerators ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 181 T. Agematsu, S. Uno, A. Chiba, K. Yamada, A. Yokoyama, Y. Saitoh, Y. Ishii, T. Satoh, T. Ohkubo, W. Yokota, T. Kitano, T. Takayama, S. Kanai, T. Orimo, Y. Aoki and N. Yamada 5-04 Operation of Electron Accelerator and Gamma-ray Irradiation Facilities ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 182 Y. Haruyama, H. Hanaya, R. Yamagata, H. Seito, H. Kaneko, T. Yamaguchi, N. Yagi, M. Takagi, I. Kawashima and S. Matsuzaki 5-05 Utilization of Electron Accelerator and Gamma-ray Irradiation Facilities ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 183 H. Kaneko, Y. Haruyama, H. Hanaya, R. Yamagata, H. Seito, T. Yamaguchi, N. Yagi, M. Takagi, I. Kawashima and S. Matsuzaki 5-06 FACILITY USE PROGRAM in Takasaki Advanced Radiation Research Institute ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 184 Y. Fukuta, M. Hoto and D. Nogami 5-07 Radiation Control in TIARA ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 185 Safety Section 5-08 Radioactive Waste Management in TIARA ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 186 T. Ishibashi and T. Hosoi - 177 -
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