重元素ナノ粒子添加ピコ秒シンチレータによる放射光X線時間分解イメージング
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21H03743
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
岸本 俊二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 名誉教授 (00195231)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 真伸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (00222117)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | プラスチックシンチレータ / シリコン・アバランシェフォトダイオード / 高エネルギーX線 / ピコ秒分解能 / 時間分解測定 / ビスマス酸化物ナノ粒子 / 重元素含有プラスチックシンチレータ / 時間分解能 / 高速特性 / Si-APDアレイ |
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| Outline of Research at the Start |
プラスチックシンチレータに重元素酸化物ナノ粒子を添加したピコ秒発光・高感度シンチレータを開発する。シリコン・アバランシェフォトダイオード(Si-APD)によるリニアアレイを受光素子として、高エネルギーX線領域(30～100 keV)でも数十％以上の検出効率、100ピコ秒(ps)以下のタイミング精度を有し、毎秒10の8乗カウント/ピクセルまで計数できる放射光X線時間分解イメージングシステムを実現する。本システムにより高エネルギーX線の散乱・回折像、位相差像のサブナノ秒変化測定や時間分光核共鳴散乱測定を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
以下の研究を行った。
①ビスマス酸化物、ハフニウム酸化物ナノ粒子を数10 %（重量比）まで高濃度に充填しナノ秒発光寿命蛍光体を採用したPLS(溶媒：スチレンまたはビニルトルエン)を光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードの受光素子を持つ検出器に搭載し、KEK PFビームラインBL-14AにてX線入射時の発光量・出力波高分布、時間特性（時間分解能、発光寿命）の測定を行った。それらの結果を9月の応用物理学会で報告、学術雑誌 Nucl. Instr. and Meth.Aへの論文（2件）にまとめ発表した。②並行して、実用十分な高速応答性を発揮しつつ高エネルギーX線領域での検出効率を確保するPLSを製作し、市販シンチレーション検出器に搭載して測定した結果を含め国際会議（IEEE-NS）にて特性の報告を行った。50keV以上の高エネルギーX線領域で検出効率50%以上（厚さ3mm）かつナノ秒高速応答できる実用的なシンチレーション検出器が得られたことになる。開発したPLSの製品としての普及につながる成果である。③シンチレーション光のピクセル分離のためのレーザーによるPLSのピクセル間遮光スクリーンの加工の結果について論文をまとめ学術雑誌(IEEE trans. NS)に投稿した（出版審査中）。今後のピクセルアレイタイプ用PLS開発への基礎となる結果として報告できるはずである。④新型コロナ禍の影響で製作が遅れた広帯域・高S/N比のCMOS-ASICフロントエンド回路チップ(FGATI)を比例モードSi-APDに低エネルギーX線を入射して評価した。チャンネル分離・信号/雑音比などで課題を残したが今後の開発の基礎を得たと考える。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
