Development of a Semiconductor Detector for High Resolution Pulsed Neutron Imaging
| Project/Area Number |
23K25127
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| Project/Area Number (Other) |
22H03873 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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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 | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40736667)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70589340)
神谷 好郎 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (90434323)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
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| Keywords | 中性子 / パルス中性子 / 飛行時間法 / 半導体検出器 / イメージング / 半導体検出気 |
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| Outline of Research at the Start |
透過性が高い中性子を用いたイメージングは，非破壊で内部の組成や構造などの情報を我々に与えてくれる重要な手段である。特に，パルス中性子源による飛行時間法を用いた中性子透過イメージングは，材料分析の手法として幅広く応用が期待される。本研究の目的は，現状より１桁小さい10 μmの空間分解能を実現させ，高解像度化による材料分析の新たな展開を切り拓くことである。そのために，次世代宇宙X線観測へ向け開発してきた半導体検出器を中性子イメージセンサへ応用することで，要求を満たす新たな半導体検出器を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
透過性が高い中性子を用いたイメージングは，非破壊で内部の組成や構造などの情報を我々に与えてくれる重要な手段である。特に，パルス中性子源による飛行時間法を用いた中性子透過イメージングは，材料分析の手法として幅広く期待されている。本研究の目的は，現状より１桁小さい10 μmの空間分解能を実現させ，高解像度化による材料分析の新たな展開を切り拓くことである。そのために，次世代宇宙Ｘ線観測へ向け開発してきた半導体検出器を中性子イメージセンサへ応用することで，要求を満たす新たな半導体検出器を開発する。二年目は，下記の成果を得た。
１）SOI中性子イメージセンサの開発：これまで実施してきたB-10変換膜の成膜は，手法として難易度が高かった。そこで，安易な別の手法を検討した。具体的には，天然に存在するボロンのうち19.9%を占めるB-10を質量分析により選別し，イオン注入を行う手法を試した。結果として，直接成膜と比較し検出効率は高くないが，中性子を検出することができた。今後さらに検討していく価値を見出した。
２）中性子イメージングに特化した改良型SOIイメージセンサの開発：現状のSOIイメージセンサは，次世代宇宙Ｘ線観測用途に特化しており，回路構成や読み出し手法など，中性子イメージングに対し最適ではない。特に，計数率は課題である。初年度に検討した別の回路構成のイメージセンサに対し，B-10を成膜し試験機を製造した。そして，試験機での中性子応答を確認した。結果として，飛行時間の測定が可能であることを示し，計数率を大幅に改善できる見込みがあると考えた。次年度に，これまでのイメージセンサと比較することで，さらなる検討を進めていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究を進めていく上で重要な，B-10変換膜の成膜手法の検討が進み，実機の製造技術が確立しつつある。また，中性子イメージングに特化した改良型SOIイメージセンサの試験機により，飛行時間の測定が可能であることを示し，計数率を大幅に改善できる見込みを得た。よって，計画を遂行する上で順調な進展があったと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，製造した実機により，J-PARC MLF等のビームラインにてパルス中性子源を用いた実験を実施し，中性子応答に対する評価試験を進める。また，中性子イメージングに特化した改良型SOIイメージセンサの実機の回路構成を検討し，実際に設計を進める準備を始める。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
