Development of an evaluation method of space radiation effects on semiconductor devices using laser acceleration charged-particles

• Project/Area Number: 15K13410
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Watanabe Yukinobu 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (30210959)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SAKAKI Hironao 量子科学技術研究開発機構, 量子ビーム科学研究部門, 上席研究員 (00354746) ; NISHIUCHI Mamiko 量子科学技術研究開発機構, 量子ビーム科学研究部門, 上席研究員 (70391315)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: レーザー駆動イオン加速 / 宇宙線環境 / 半導体デバイス / 照射効果 / トムソンパラボラ分光器 / イメージングプレート / 機械学習 / 粒子・重イオン輸送シミュレーション / 量子ビーム / イオン計測システム

Outline of Final Research Achievements

In order to apply multiple charged-particles generated by laser acceleration to the study of radiation effects on space electronics, we have developed a measuring system of laser accelerated ions and a simulation method of irradiation effects on semiconductor devices. A Thomson parabola imaging spectrometer with Fujifilm imaging plates (IPs) was designed and developed for the diagnosis of laser accelerated charge particles. The spectrometer was used to measure the energy spectra of generated ions from a laser irradiated solid target at the J-KAREN-P laser facility in Kansai Photon Science Institute. For the IP image data analysis, an automatic ion-identification method with a machine learning technique was newly developed and successfully applied. Moreover, it was demonstrated that the proposed method of simulating irradiation effects on semiconductor devices with the PHITS code is applicable to the estimation of proton-induced single-event upset rates in memory devices.

Research Products

• [Journal Article] Ion Acceleration Experiment with the High Intensity, High Contrast J-KAREN-P Laser System (2018)
  • Author(s): Mamiko NISHIUCHI,Hiromitsu KIRIYAMA, Hironao SAKAKI, Nicholas P. DOVER, Kotaro KONDO, Takumi MIYAHARA, James KOGA, Alexander S. PIROZHKOV, Akito AGISAKA, Yuji FUKUDA, Koichi OGURA, Yukinobu WATANABE, Masaki KANDO, Kiminori KONDO
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 46
  • NAID: 130007957819
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The effect of laser contrast on generation of highly charged Fe ions by ultra-intense femtosecond laser pulses (2017)
  • Author(s): A.Ya. Faenov, M.A. Alkhimova, T.A. Pikuz, I.Yu. Skobelev, M. Nishiuchi, H. Sakaki, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, N. P. Dover, Ko. Kondo, K. Ogura, Y. Fukuda, H. Kiriyama, A. Andreev, K. Nishitani, T. Miyahara, Y. Watanabe, S. A. Pikuz Jr., M. Kando, R. Kodama, K. Kondo
  • Journal Title: Applied Physics B Volume: 123 Issue: 7 Pages: 197-197
  • DOI: 10.1007/s00340-017-6771-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology (2016)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Sakaki, T. Zh. Esirkepov, K. Nishio, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, I. Yu. Skobelev, R. Orlandi, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Kanasaki, H. Kiriyama, Y. Fukuda, H. Koura, M. Kando, T. Yamauchi, Y. Watanabe, S. V. Bulanov, K. Kondo, K. Imai and S. Nagamiy
  • Journal Title: Plasma Physics Reports Volume: 42 Issue: 4 Pages: 327-337
  • DOI: 10.1134/s1063780x1604005x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 輝尽性蛍光体検出器のLET依存性を利用したイオン核種弁別法 (2018)
  • Author(s): 榊泰直, 西内満美子, ドーバー ニコラス ピーター, 近藤康太郎, 岩田佳之, 宮原 巧, 渡辺幸信, 神門正城, 近藤公伯
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 超高強度高コントラストJ-KAREN-Pによるイオン加速実験の現状とその応用 (2018)
  • Author(s): 西内満美子, 榊 泰直, ドーバー ニコラス ピーター, 近藤康太郎, 桐山博光, コーガ ジェームズ, 渡辺幸信, 神門正城, 近藤公伯, 畑 昌育, 岩田 夏弥, 千徳 靖彦
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 輝尽性蛍光体検出器によるレーザー駆動イオンビーム診断系の開発 (2017)
  • Author(s): 宮原 巧、渡辺幸信、西内満美子、榊泰直、DOVER Nicholas、近藤康太郎、福田祐仁
  • Organizer: 日本原子力学会九州支部第36回研究発表講演会
• [Presentation] 輝尽性蛍光体検出器によるレーザー駆動イオンビーム診断系の開発 - 機械学習法でのイオン推定を目指して (2017)
  • Author(s): 宮原 巧、渡辺幸信、西内満美子、榊泰直、DOVER Nicholas、近藤康太郎、福田祐仁
  • Organizer: ビーム物理研究会2017
• [Presentation] 超高強度高コントラストレーザーJ-KAREN-Pシステムによるレーザープラズマ相互作用およびイオン加速 (2017)
  • Author(s): 西内満美子, 桐山博光, ピロジコフアレキサンダー, 榊泰直, ドーバーニコラス, 匂坂明人, 近藤康太郎, 福田祐仁, 小倉浩一, 西谷勁太, 宮原 巧, 渡辺幸信, マリアアルキモバ, ファエノフアナトリー, ピクツタチアナ, 神門正城, 近藤 公伯
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
• [Presentation] J-KAREN-Pにおける高精度な荷電粒子計測について (2017)
  • Author(s): 榊 泰直, 西内 満美子, ドーバー ニコラスピーター, 近藤 康太郎, 福田 祐仁, 桐山 博光, 西谷 勁太, 宮原 巧, ピロジコフ アレキサンダー, 匂坂 明人, 小倉 浩一, アルキモバ マリヤ, ファエノフ アナトリー, ピクツ タチアナ, 渡辺 幸信, 神門 正城, 近藤 公伯
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
• [Presentation] 超高強度レーザーJ-KAREN-Pによるイオン加速実験のリアルタイムレーザービームモニターの構築 (2017)
  • Author(s): 近藤 康太郎, 西内 満美子, 桐山 博光, ピロジコフ アレキサンダー, 榊 泰直, ドーバー ニコラスピーター, 匂坂 明人, 福田 祐仁, 小倉 浩一, 西谷 勁太, 宮原 巧, 渡辺 幸信, アルキモバ マリヤ, ファエノフ アナトリー, ピクツ タチアナ, 神門 正城, 近藤 公伯
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
• [Presentation] J-KAREN-Pによるレーザ駆動イオン加速実験向けたトムソンパラボ分光器におけるキャリブレーショ手法 (2016)
  • Author(s): 西谷勁太, 榊 泰直, 西内満美子, ニコラスドー バー, 金 政浩, 渡辺 幸信, 福田祐仁, 神門正城, 近藤公伯
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東北学院大 泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 超高強度コントラスレー ザーJ-KAREN-Pシステムによるレーザープラズマ相互作用およびイオン加速 (2016)
  • Author(s): 西内満美子, 榊 泰直, ピロジコフアレキサンダー, 匂坂明人, 今 亮, 福田祐仁, 桐山博光, ニコラスドー バー, 小倉浩一, 西谷勁太, 渡辺 幸信, ファエノアナトリー, ピクツタチアナ, 長谷部裕雄, 奥野広樹, 神門正城, 近藤公伯
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東北学院大 泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19