2019 Fiscal Year Annual Research Report
Si-APDピクセルX線検出器の高性能化による放射光ナノ秒連続測定
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17H01078
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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, 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) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Ｘ線時間分解測定 / 超高速パルス / 重元素添加プラスチックシンチレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(A)128ch-MCSシステムボードを使って128チャンネル・厚さ30μmのSi-APDリニアアレイによる核共鳴散乱・高感度イメージング法への応用（岸本）。128チャンネル・厚さ30μmのSi-APDリニアアレイのためのMCSシステムボードをH30年度に製作した。6月にSPring-8 BL09XUでIrをドープしたFe-57を濃縮したFe2O3薄膜の全反射配置での核共鳴散乱スペクトル測定を行ったところ、タイミング基準508MHzの高周波ノイズ混入、FPGAの発熱により測定が中断される現象が明らかになった。そのため、MCSボードへの高周波信号入力部のグランド改良、空冷ファン取付けなどの改良を行った。その結果、PF BL-14AでのX線ビームを使ったテストでは安定に動作することが確認できた。さらに測定から次の測定までの時間（不感時間）を短縮し10ミリ秒台まで（改良前90ms）短くするように制御ソフトウェアの改良を行った。
(B)超高速・高S/N比のASICアンプの評価（岸本、田中）。H30年度に試作した65nmCMOSテクノロジーによる超高速フロントエンドASICアンプ改良版をPF BL-14Aにて6keVのX線ビームを使ってテストした。1mm径、厚さ30μmのSi-APD素子にX線ビームを直接入射して、ASICアンプのアナログ出力を観測したところ、1ns(FWHM)幅、波高8mVの高速パルスが得られた。設計感度0.8 mV/fCに矛盾しない結果だった。
(C)重元素ナノ粒子添加高速シンチレータの製作・評価（岸本）。原子番号83のBiを添加するプラスチックシンチレータ（PLS）製作を重点的に進め、比例モードSi-APDで受光するシンチレーション検出器の放射光X線を使ったテスト結果を論文にまとめた。Zr,Hf酸化物ナノ粒子添加PLSの結果について国際会議で2件の発表を行った。
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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
Si-APDリニアアレイの信号処理ボード（MCSボード）の高周波ノイズによる測定中断は予期しない問題であったが、その後の改良の結果、通常の測定では問題ないことが確認できた。重元素添加プラスチックシンチレータ（PLS）の開発はビスマス酸化物添加PLSを含め順調に進み、論文、国際会議等での発表ができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(A)128チャンネル・厚さ30μmのSi-APDリニアアレイの核共鳴散乱・高感度イメージング法への応用（岸本）。
今年度は最短0.5nsごとの連続計数によるナノ秒領域での時間スペクトル測定を数10ms以下の間隔でくり返し測定する手法を試みる。また当初の目標であるFe-57放射光核共鳴散乱への応用や大型X線干渉計による高感度イメージング法と組み合わせた物質のサブナノ秒密度変化の可視化測定を本格的に行う。
(B)超高速・高S/N比のASICアンプを評価する（岸本、田中）。
65nmCMOSテクノロジーによる超高速フロントエンドASICを高速シンチレータと組み合わせた比例モードSi-APD検出器につないで、シンチレーション光パルス検出がどれくらいの信号/雑音比で検出可能か、デジタル信号部分を含めた評価を行う。
(C)重元素ナノ粒子添加高速シンチレータの製作・評価（岸本）
原子番号83のビスマスを添加するプラスチックシンチレータ（PLS）製作を重点的に進め、重量比で20wt%以上の試料作製・評価を行う。また、より高速応答かつ時間分解能の向上を図るため、PLSの蛍光体を変えるテストを行う。
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| Remarks |
(1)はKEK測定器開発室（DTP）ホームページ内のFPIXプロジェクトのページを示す。KEK-DTPプロジェクトとしてFPIXプロジェクトは終了したが引き続き成果については追記予定。
(2)はKEK測定器開発室（DTP）ホームページ内のFSCIプロジェクトのページを示す。
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