Grant amount：\42640000 （ Direct Cost: \32800000 、 Indirect Cost：\9840000 ）

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Grant amount：\41340000 （ Direct Cost: \31800000 、 Indirect Cost：\9540000 ）

The space charge effect is inversely proportional to the square of beam velocity and proportional to the beam current. Multi-beam acceleration is an acceleration technique for low-energy, high-intensity heavy ion beams, by accelerating multiple beams with moderate intensity using a radio frequency quadruple linear accelerator (RFQ linac), and then integrating these beams using a beam funneling system. Although a two-beam design was previously reported, here we describe a four-beam IH-RFQ linac and a four-beam laser ion source which have been developed for high-intensity heavy ion beam acceleration.

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Grant amount：\8450000 （ Direct Cost: \6500000 、 Indirect Cost：\1950000 ）

超低速ミュオン顕微鏡において，超低速ミュオンビームは最大30keVのエネルギーと1～2nsの時間幅の初期状態から再加速がおこなわれる。これまで検討されてきたRFQ線形加速器による再加速の特長として，後段の線形加速器が必要とするビーム時間構造にあわせて，直流入射ビームをバンチング（集群化）しながら加速できることがあげられるが，そのためのバンチングセクションを内部に有するので加速効率が低く，ある程度の長さが必要とされる。しかし，超低速ミュオン顕微鏡のように，あらかじめパルス化されたビームが入射するのであれば，シングルギャップ型の高周波加速器を利用するほうが，加速器を小型化でき，ビーム通過時間も短縮できる可能性がある。
平成27年度は，研究実施計画に基づき，前年度製作したシングルギャップ型高周波加速空洞について電力効率向上のための表面処理をおこない完成させた。また，その加速空洞と高周波電源をJ-PARCの物質・生命科学実験施設（MLF）に持ち込んで運転するために必要な，安全管理に関する所定の手続きをおこなった。なお，平成27年の4月と11月に発生した中性子標的容器の不具合によりMLFへの陽子ビーム供給が長期間停止したため，超低速ミュオンビームライン（Uライン）における超低速ミュオンの初発生が平成28年2月末になり，その後もビームコミッショニングが続けられていることから，本研究では再加速試験の準備を進めた。これらと並行して，超低速ミュオンを10～30MeVまで加速する，新しいミュオン加速器に関しても検討をおこなった。

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Grant amount：\5200000 （ Direct Cost: \4000000 、 Indirect Cost：\1200000 ）

A new community-based risk communication method regarding health effects of low-dose ionizing radiation after the Fukushima nuclear accident was constructed. The practical model of the community participatory risk communication approach that takes advantage of the properties of the local government and local communities has been constructed considering scientific evidence of the low-dose radiation exposure, the uncertainty which cannot be verified by science, and the psychological and social impact.
A social implementation guidance which includes the practical implementation technique together with effective participation of various actors was developed and verified its effectiveness through a social experiment that was intended for Tsuruga city of Fukui Prefecture where is in the vicinity of many nuclear power stations.

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Grant amount：\10400000 （ Direct Cost: \8000000 、 Indirect Cost：\2400000 ）

本研究では，「A01班：超低速ミュオン顕微鏡と極微μSR法創成」において計画されているビーム尖鋭化に必要な基盤技術として，ミュオニウムをレーザー解離することで得られた超低速ミュオンを1MeV以上に再加速するための，高周波四重極型線形加速器（RFQ）とインターディジタル－H型線形加速器（IH-DTL）から構成される，超低速ミュオン加速器の開発をおこなった。
平成25年度は，前年度に基本デザインを終えた運転周波数324MHzの超低速ミュオン加速用IH-DTL原理実証機について実機製作をおこなった。その基本構造は，一枚板から全てのドリフトチューブ電極を立体的に削り出したセンタープレートに，半円形のサイドシェルを両側から取り付けるスタイルとなっている。最終デザインの3次元CADモデルから製作図面を描き起こして，精密機械加工メーカーに依頼してセンタープレートとサイドシェルを削り出した。製作後の両者を組み合わせ，ネットワークアナライザーによる高周波測定と，3次元電磁場解析ソフトウェアによるシミュレーションを同時におこないながら，サイドシェルのフランジ部の厚さを削り込んでいき，共振周波数を324MHz近傍に調整して原理実証機を完成させた。今後は，とくに本研究で取り入れた高周波電場の加速位相の符号を交互に変化させて収束する（Alternating Phase Focus: APF）法の成果について配慮しながら，ビーム加速特性やビーム収束特性を評価し，超低速ミュオン顕微鏡やg-2/EDM実験のための実機デザインにフィードバックする予定である。また，新しい超低速ミュオン線形加速器として誘導加速型の検討グループを立ち上げ，高エネルギー加速器研究機構において保管されていた既存のファインメットコアを用いた実機デザインに引き継いだ。

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Grant amount：\3000000 （ Direct Cost: \3000000 ）

本研究では、既存のECRイオン源にイオン加速用ソレノイドコイルを追加し、さらに高エネルギー重粒子高感度分析システムを結合して、がん治療用高エネルギー重粒子発生ECR-IPAC装置の原理実証実験をおこなうことを考えた。そのためにはプラズマ・ビームシミュレーションによる設計と部品製作が必要になる。研究代表者による長年のECR重イオン源の研究で得られた、プラズマ中での電子とイオンの関係の知見を取り入れたプロトタイプ装置を検討し、横方向収束用多極磁場も考慮してシミュレーションをおこない、磁場配置を決定するとともに不足する磁場コイルを製作した。このとき、最初の多価イオン発生用ECRイオン源の取り出し側ミラー磁場を、GYRAC電子加速とイオン加速のPLEADE部を共存させる方法をとった。これは生成した多価イオンが低磁場を通りさらに強磁場に入射して、粒子のロスが無いように考えたからである。また、プロトタイプ装置として新しく必要な真空容器やビーム試験用架台を製作した。これらの各構成部品に、過去に開発した高い磁気剛性率をもつ分析磁石を用いた高感度ビーム検出器と飛行時間差検出(TOF)型検出器を備えた測定システムを組み合わせ、実験装置を完成させた。予定よりも設計作業に時間を要したことから、これまでに真空試験と磁場測定を完了し、現在はイオン源部におけるプラズマ生成実験の準備を進めている。今後は引き続き、引き出した重イオンビームのエネルギーや強度の測定、ECR-IPACの加速特性を実験的に解明する予定である。

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Grant amount：\18720000 （ Direct Cost: \14400000 、 Indirect Cost：\4320000 ）

An atmospheric positron microprobe has been developed which can detect atomic defects in materials placed in air. A prototype device has been constructed and characterized, and practical application of the positron microprobe demonstrated. Using the prototype device a pulsed, focused, slow positron beam was extracted into air and previously impossible 'in-situ' measurements of atomic defects in functional thin films and other materials were undertaken. By measuring the positron lifetime in these materials we were able to perform non-destructive defect characterization in atmospheric conditions.

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Grant amount：\18460000 （ Direct Cost: \14200000 、 Indirect Cost：\4260000 ）

がん治療用炭素6価イオン加速複合単空洞(HSC)線形加速器の加速空洞に組み込まれる、高周波四重極(RFQ)とドリフトチューブ(DT)の各加速構造および中間ビームマッチングセクションのグランドベースプレートについて、前年度に引き続き粒子軌道シミュレーションをおこない、最終的な配置を決定した。その結果をもとに3次元電磁場シミュレーションをおこない、製作費節減のために既存の線形加速器の部品を極力再利用することも考慮しながら、HSC線形加速器の全体デザインを決定した。新しく製作が必要とされた電極部品や高周波部品を取り揃えたあと、加速空洞を組み立て、電磁場特性を測定した。高精度を実現する加工方法を考案・導入した結果、共振周波数やQ値は非常によくシミュレーション結果を再現した。加速電場分布に関しては部分的に差異が生じたが、想定していた範囲内であり、あらかじめ準備していたL型チューナーで解決することができた。レーザイオン源の技術開発は、ルーマニア・サピエンタ大学の海外研究協力者グループを中心とした国際共同研究によりおこない、エミッタンスなどのビーム計測が必要なため、測定機器を同大学に運び込んだ。また、同大学での研究成果をもとに、本研究に使用するYAGレーザイオン源を設計製作した。そして、線形加速器本体、高周波電源、真空排気系と組み合わせ、加速特性試験装置を完成させた。これらの成果は平成22年に開催された加速器国際会議(IPAC'10)や線形加速器国際会議(Linac'10)など、国内外の学術的会合で発表をおこなった。

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Grant amount：\50050000 （ Direct Cost: \38500000 、 Indirect Cost：\11550000 ）

The prospect of realizing a stable and long-lived neutron-generating target using liquid lithium was investigated for an accelerator-based system which can be used for the selective treatment of cancer via boron-neutron capture therapy. Using an incident proton beam energy of 2MeV at a current of 20mA and a beam diameter of 3cm to generate neutrons from the ^7Li(p,n)^7Be reaction, it was confirmed that a stable liquid lithium flow (i.e., flow rate of 30m/s, 50mm in width, 50mm in length, thickness of 0.5mm) which can remove 40kW of heat, can be achieved along the inside surface of a cylindrical curved plate. From the experiments performed, the parameters necessary for the fabrication of the liquid lithium neutron generating target were determined

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Grant amount：\18850000 （ Direct Cost: \14500000 、 Indirect Cost：\4350000 ）

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Grant amount：\29900000 （ Direct Cost: \23000000 、 Indirect Cost：\6900000 ）

本年度は,平成18年度に製作したマルチビーム型IH-RFQリニアックのためのレーザーイオン源開発と,ビーム加速試験を中心に研究を展開した。まず,マルチビーム型IH-RFQリニアック本体の開発については,製作したプロトタイプ機についてネットワークアナライザを使用した低電力試験や真空試験をおこない,電気的特性や真空特性が問題ないことを確認した。高周波増幅器には既存装置を利用する計画であったが,制御系システムが旧式で本研究用に対応しなかったため,新しく高周波電源用制御ユニットを整備し,高周波電力増幅器の動作確認とあわせて現地調整を実施した。マルチビーム対応レーザーイオン源の開発については,ミラー系などの詳細検討結果をもとに,ダブルビーム型を新しく設計・製作した。そして,既存のイオン源テストベンチを利用して,ビーム電流量やビーム波形など基本特性の測定をおこなった。また,ビーム出射系として通常のシングルビーム用の偏向電磁石やビームモニターは使用できないため,静電偏向分析器やマルチビーム対応のファラデーカップなどを新しく製作した。レーザープラズマ直接入射法を利用する本研究では,イオン源と加速空洞が直結されるので,ビーム入射系に関しては不要である。そじて,レーザーイオン源,プロトタイプ機およびビーム分析系を組み合わせてビーム加速実験システムを完成させ,現在は総合試験の実施中である。これらの研究成果については, The 9th European Conference on Accelerators in Appl ied Researchand Technology (ECAART-9)や,日本原子力学会などにおいて報告をおこなった。

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Grant amount：\15300000 （ Direct Cost: \15300000 ）

An accelerator system of particle cancer therapy was constructed by the accelerator technology of the 20th century. Therefore, the system is large and complex. We tried new accelerator technology of the 21st century for accelerator system of cancer therapy. These new technologies are Direct Plasma Injection Scheme (DPIS), Alternating Phase Focusing (APF) method of drift tube acceleration structure and 3-dimensional analysis of acceleration cavity.
A laser ion source was studied and developed for gas and solid target. We-succeeded product of high intensity ion by combining a cryogenic-cooler and a YAG laser. The results were contributed and published in international conference and international journal, respectively. We carried out the experiment with Direct Plasma Injection Scheme for APF Interdigital-H (IH) linear accelerator which was designed to accelerate ions with charge to mass ratio (q/A) of 1-1/3 from 40 keV/amu to 2 MeV/amu. We found that the improvement was necessary to realize large acceptance from the result of particle trajectory calculation. In order to decrease the cost of improvement, the liner accelerator cavity was modified as small as possible. In acceleration test in low energy injection, the APF-IH linear accelerator could not to get large acceptance by Direct Plasma Injection Scheme with laser ion source. Therefore, a hybrid single cavity linear accelerator was designed as new conception. A Radio Frequency Quadrupole (RFQ) type having good focusing performance in low energy region and a drift tube type having good acceleration performance in medium energy region were installed in a single cavity. Design study of the hybrid single cavity linear accelerator was contributed and published for International conference and International Journal, respectively.

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Grant amount：\11600000 （ Direct Cost: \11600000 ）

The relationship between science ＆ technology (S＆T) and society is considered as co-evolution as both S＆T and society will make dynamic changes by influencing each other. First, in order to give deep consideration on the mutual relationship between S＆T and society, brainstorming sessions have been repeatedly held, and keywords relating them have been extracted. Then, conditions to make constructive co-evolution between them have been examined, and issues of S＆T and society sides have been elucidated. As an issue of the S＆T side, "accountability" is taken up, and discussion has been made on what is accountability of S＆T. Based on this discussion, social survey was conducted. According to the survey results, it becomes evident that many people in the society are seeking for an explanation on the necessity of nuclear power. With this result, another survey has also made to researchers on what they think about an accountability. As an issue of the society, the S＆T literacy has been recognized as important. In order to elucidate the development process to acquire the S＆T literacy, survey with questionnaires has been conducted to high school students. It has become clear that children can be classified into 7 groups based on various objects of interest. The role of S＆T communicators has also been recognized as important to increase the S＆T literacy of people, and qualification required for S＆T communicators has been elucidated. Risk communication issue has also been taken up as a place where the co-evolution will occur. Case-study discussion has been made on the risk communication along with an expansion of the radioisotope disposal project and on the risk communication in Finland and other countries during the decision-making process to set up the sites for high-level radioactive waste disposal.

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Grant amount：\14600000 （ Direct Cost: \14600000 ）

A RFQ linear accelerator (linac) with Direct Plasma Injection Scheme(DPIS) has been studied to accelerate high intense heavy ion beam for injector of compact cancer therapy system. The DPIS-RFQ buncher linac was designed to confirm characteristics of carbon ions acceleration. Its operating frequency is 100 MHz. The beam test stand with the DPIS-RFQ linac and a CO2 laser ion source was fabricated at National Institute Radiological Science(NIRS). We succeeded to accelerate carbon ions beam of 50mA with the system and established an international record in July 2004. The results were reported in some conferences : International Linear Accelerator conference (Linac2004) in Germany and Particle Accelerator Society in Japan. In order to realize compact heavy ion cancer therapy system the production of full striped carbon ion (C6+) is important. High intense and higher charge state (5+,6+) carbon ions can be produced with a YAG laser ion source. Acceleration test of C6+ ion with the DPIS-RFQ buncher linac has been carried out.
An APF-IH test linac of acceleration energy 2 MeV/u was developed as the 1/3 scale prototype of real system. The APF-IH linac was accelerated low current proton up to 2 MeV in October 2004. As a result, the combination of RFQ linac and APF-IH linac was adopted in popularization project of heavy ion cancer therapy system at NIRS. Similar project of is in progress at Heidelberg in Germany.

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Grant amount：\3400000 （ Direct Cost: \3400000 ）

ECR-IPAC型重イオン加速器について,電磁場計算プログラムPOISSONにより直流型ソレノイドコイル,パルス型ソレノイドコイル,鉄磁極の配置最適化を主体にした全体設計をおこなった。装置製作にあたっては,高周波電源類は既存備品を使用し,ソレノイドコイル類は別予算で製作をおこなった。現在は,各部品の組み立てをおこない,本補助金で購入した真空排気装置を取り付けて,重イオン加速の原理実証の準備段階にある。これらの研究経過については,東京工業大学原子炉工学研究所所内公募研究成果報告会で報告した。また,今後の実験結果をもとに,平成17年度科学研究費補助金(基盤研究AまたはB)に申請する予定である。
なお,この研究過程から「周波数変調電子加速型ECRイオン源」という新方式のイオン源について着想し,平成16年度科研費萌芽研究に「FM電子加速型ECRイオン源の原理実証機の研究」として申請した。同様にして,電子のパルス磁場加速による新方式のECRイオン源の発想も生まれ,「ジャイラック加速電子型ECRイオン源」として,前者とあわせて特許申請を準備中である。これらの研究過程および成果は,粒子線がん治療用加速器に関する共同研究報告会で報告をおこなった。

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Grant amount：\13400000 （ Direct Cost: \13400000 ）

An ion linear accelerator (linac) has not been used for medical and industry application because low electric power efficiency (low shunt impedance). But an Interdigital-H (IH) type linac has high shunt impedance of 5-20 times as compared with other in low beam energy region (<10 MeV/u). The Alternating Phase focus (APF) structure to realize beam acceleration and beam focusing simultaneously is useful for downsizing of the accelerating cavity. We developed the POP (Proof of Principle) system of an APF-IH linac and succeeded to accelerate proton from 11 keV to 90 keV under the conditions of RF power of 50 W.
We planned to improve an ordinary IH linac to the APF-IH type for Medical Radio Isotope (RI) production. In the design, beam trajectory simulation and model cavity test were carried out carefully. Consequently, it accelerated proton beam as preliminary test at Research Laboratory for Nuclear Reactors, Tokyo Institute of Technology. We will carry out the deuteron and triton acceleration test for medical RI production at Institute for Phisics and Nuclear Engineering in Romania.
By using the results of this research project, it is possible to develop a compact cancer diagnosis system including X-ray CT and PET. We plan to investigate it with universities in Romania ; Petru-Major University, Sapienta University and Medical and Pharmacology University of Targu-Mures. Besides the financial supports of collaborating universities, we think to apply for Japanese ODA (Official Development Assistance) by the Ministry of Foreign Affairs of Japan and Japan International Cooperation Agency (JAICA/JOCV). We petitioned the Minister of Education and Research of Romaniato apply our project as a top priority of Romanian government.

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