微細加工超伝導検出器アレーによる中性子イメージング

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19206104
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 石田 武和 Osaka Prefecture University, 工学研究科, 准教授 (00159732)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野口 悟 大阪府立大学, 工学研究科, 准教授 (70180718) ; 川又 修一 大阪府立大学, 工学研究科, 准教授 (50211868) ; 北條 喜一 (独)日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究推進室長 (40133318) ; 町田 昌彦 (独)日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, シミュレーション技術開発室長 (60360434) ; 加藤 勝 大阪府立大学, 工学研究科, 准教授 (90204495)
• Keywords: MgB2素子 / 超伝導検出器 / 中性子 / 原子炉 / 微細加工 / XY走査機構

Research Abstract

本研究の目的は、MgB2検出器や多重構造を持つNbN微細加工系のアレー構造へと研究を高度化させ、中性子のイメージングに応用することである。超伝導体を微細加工した超伝導検出器は空間分解能の高い検出器への展開が可能である。また、10Bと中性子の核反応と組み合わせることで中性子検出器への道も拓かれる。複合するようなアイデアは、二棚化マグネシウム超伝導体中のボロン同位体10Bとの効率的な中性子核反応によるナノスケールの局所熱を利用して、一つひとつの熱中性子をカウントできる中性出器であり、研究代表者が提案した。既に、高品質のMgB2薄膜の実現、MgB2薄膜の微細加工技術の確立、MgB2検出器の試作、パルスレーザーによる信号検出、最終的にMgB2検出器による中性子捕捉に成功している。
平成20年度、石田は、研究計画の遂行と総括を担当した。中性子のマシンタイムは限られているため、JSTイノベーションプラザ大阪に用意した実験室にて、パルスレーザー(パルス幅20ps)でMgB2の中性子とボロンの核反応を模擬する実験を準備した。本研究でピエゾ方式によるXYZ駆動ステージを利用して、パルスレーザー光を2次元走査できる機構を製作した。そのために、XYZ駆動ステージとコントローラーを購入した。また、クライオスタットを改造し、パルスレーザー光スポットを走査できるようにした。これにより、前年度に準備した2x2 MgB2検出器アレー構造のための検出回路の設計を行った。野口・川又は、MgB2の微細加工とLabVIEWによるシステム化とパルスレーザー核反応模擬実験を担当した。加藤は簡易熱伝導シミュレーターの開発とBogoliubov-de Gennes方程式による準粒子ダイナミクス解析を担当した。北條は原子炉での照射実験とマシンタイムのアレンジを行ったが本年度はマシンタイムの確保には至らなかった。原子力機構・町田は、20年度、超伝導デバイスだけのシミュレーションだけでなく、外部電磁環境との接続を考慮したシミュレーションの枠組みを考察した他、熱発生後の超伝導体内のダイナミクスの理論を高温超伝導体に適用し、固有ジョセブソン接合においては、発熱効果が接合間の同期を促すことが可能であることを明らかにした。佐藤と宇野は中性子検出器に使用する温度センサ材料の研究を行なった。特に仕様として要求される耐放射線性に優れた材料の候補の一つであるCr-Nの成膜条件と特性の関係を調べた。特に重要な成膜パラメータである基板温度と低温における電気特性の関係を調べた。その結果、結晶性、電気特性は基

Research Products

• [Journal Article] Numerical Experiments for Heat Diffusion and Related Non-equilibrium Superconducting Dynamics on MgB2 Neutron Detector (2009)
  • Author(s): M. Machida, T. Kano, T. Koyama, M. Kato, T. Ishida.
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A600 Pages: 210-212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic characterization of upper critical fields for MgB2 thin films by means of the two-band superconducting theory (2009)
  • Author(s): S. Noguchi, A. Kuribayashi, T. Oba, H. Iriuda, Y. Harada, M. Yoshizawa, S. Miki, H. Shimakage, Z. Wang, K. Satoh, T. Yotsuya, T. Ishida
  • Journal Title: Supercond. Sci. Technol. 22 Pages: 055004-1-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高均質性MgB2微細加工薄膜による世界最高速で動作する超伝導単-中性子検出器 (2009)
  • Author(s): 石田武和
  • Journal Title: FSST NEWS 20 Pages: 5-9
• [Journal Article] Numerical Simulation for Non-equilibrium Superconducting Dynamics at the Transition Edge (2008)
  • Author(s): M. Machida, T. Kano, T. Koyama, M. Kato, T. Ishida.
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys 151 Pages: 58-63
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synchronization Effects in Intrinsic Josephson Junctions by Non-equilibrium Heating (2008)
  • Author(s): M. Machida, T. Koyama, H. Matsumoto
  • Journal Title: J. Phys., Conf. Ser 129 Pages: 12027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-band nature of upper critical fields in MgB2 thin films investigated by 37 T pulsed magnet (2008)
  • Author(s): S. Noguchi, A. Kuribayashi, Y. Harada, M. Yoshizawa, S. Miki, H. Shimakage, Z. Wang, K. Satoh, T. Yotsuya, T. Ishida
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Solids 69 Pages: 3240-3243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ESR Study on Molecular Salt(Benzo-TTFVS)2MBr4 (M=Fe, Ga) (2008)
  • Author(s): S. Kawamata, T. Hayakawa, T. Hiraoka, H. Fujiwara, T. Sugimoto, T. Ishida
  • Journal Title: J. Korean Phys. Soc. 53 Pages: 1014-1019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonequilibrium response of a meandered MgB2 sensor by the irradiation of a pulsed laser (2008)
  • Author(s): Y. Fujita, K. Arai, M. Nishikawa, K. Satoh, T. Yotsuya, H. Shimakage, S. Miki, Z. Wang, M. Machida, M. Kato, T. Ishida
  • Journal Title: Physica C 468 Pages: 1995-1997
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alpha-ray detection with a MgB2 transition edge sensor (2008)
  • Author(s): S. Okayasu, M. Katagiri, K. Hojou, Y. Morii, S. Miki, H. Shimakage, Z. Wang, T. Ishida
  • Journal Title: Physica C 468 Pages: 1998-2000
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting MgB2 thin film detector for neutrons (2008)
  • Author(s): T. Ishida, M. Nishikawa, Y. Fujita, S. Okayasu, M. Katagiri, K. Satoh, T. Yotsuya, H. Shimakage, S. Miki, Z. Wang, M. Machida, T. Kano, M. Kato
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. 151 Pages: 1074-1079
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct numerical simulations for non-equilibrium superconducting dynamics at the transition edge : Simulation for MgB2 neutron detectors (2008)
  • Author(s): M. Machida, T. Kano, T. Koyama, M. Kato, T. Ishida
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. 151 Pages: 58-63
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical Simulations for Signals from MgB2 Superconducting Detector (2008)
  • Author(s): M. Nishikawa, M Kato, M. Machida, T Ishida
  • Journal Title: J. Phys. : Conf. Series 97 Pages: 012276_1-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MgB2超伝導中性子検出器の実現に向けて (2008)
  • Author(s): 石田武和
  • Journal Title: 化学と工業 59 Pages: 648-653
• [Presentation] マグネトロンスパッタリング法により作製したCr-N薄膜の電気特性の温度依存性 (2009)
  • Author(s): 佐藤 和郎, 筧 芳治, 宇野 真由美, 四谷 任, 石田 武和
  • Organizer: 応用物理学会(第56回応用物理学関係連合講演会)
  • Place of Presentation: 筑波大学(つくば市天王台1-1-1)
  • Year and Date: 2009-04-01
• [Presentation] イオンミリング法を用いたBSCCO単結晶の微細加工とdドットの作製IV (2009)
  • Author(s): 川又修一, 山本征範, 宇野真由美, 佐藤和郎, 幸妙子, 四谷任, 石田武和
  • Organizer: 日本物理学会第64回年次大会
  • Place of Presentation: 立教大学、東京
  • Year and Date: 2009-03-27
• [Presentation] 高品質MgB2単結晶を用いた磁気トルクによる多バンド超伝導異方性. (2008)
  • Author(s): 久保田大地, 石田武和
  • Organizer: 第7回低温工学・超伝導若手合同講演会(12月, 大阪)
  • Place of Presentation: 大阪市立大学文化交流センター大セミナー室
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] 超伝導検出器のホットスポットダイナミクスのシミュレーション (2008)
  • Author(s): 新井康平, 西川正利, 藤田賢文, 町田昌彦, 加藤勝, 石田武和
  • Organizer: 第7回低温工学・超伝導若手合同講演会(12月, 大阪)
  • Place of Presentation: 大阪市立大学文化交流センター大セミナー室
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] 超伝導検出器の素子特性、シミュレーション、そして多素子化への展開 (2008)
  • Author(s): 新井康平, 藤田賢文, 秋田幸男, 三木茂人, 島影尚, 王鎮, 佐藤和郎, 四谷任, 曽山和彦, 岡安悟, 片桐政樹, 森井幸生, 北条喜一, 新村信雄, 町田昌彦, 加藤勝, 石田武和
  • Organizer: 第7回低温工学・超伝導若手合同講演会(12月, 大阪)
  • Place of Presentation: 大阪市立大学文化交流センター大セミナー室
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] 2バンド超伝導体MgB2における異方性異常 (2008)
  • Author(s): 久保田大地, 石田武和
  • Organizer: 第16回渦糸物理国内会議(12月, 東京)
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山国際交流会館多目的ホール
  • Year and Date: 2008-12-10
• [Presentation] 2バンド超伝導体MgB2薄膜の上部臨界磁場測定と解析 (2008)
  • Author(s): 野口悟, 栗林昭博, 大場辰則, 入宇田啓樹, 原田善之, 吉潭正人, 三木茂人, 島影尚, 王鎮, 佐藤和郎, 四谷任, 石田武和
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2008-09-23
• [Presentation] イオンミリンダ法を用いたBSCCO単結晶の微細加工とdドットの作製III (2008)
  • Author(s): 川又修一, 山本征範, 宇野真由美, 佐藤和郎, 四谷任, 石田武和
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学、盛岡
  • Year and Date: 2008-09-21
• [Presentation] Single crystal d-dot of BSCCO fabricated by ion-milling method (2008)
  • Author(s): Shuichi Kawamata, Masanori Yamamoto, Mayumi Uno, Kazuo Satoh, Tsutomu Yotsuya, Takekazu Ishida
  • Organizer: 25th International Conference on Low Temperature Physics (LT25)
  • Place of Presentation: RAI, Amsterdam, The Netherlands
  • Year and Date: 2008-08-12
• [Presentation] 上部臨界磁場測定から求めたMgB2薄膜の2バンド特性 (2008)
  • Author(s): 野口悟, 栗林昭博, 原田善之, 大場辰則, 入宇田啓樹, 吉潭正人, 辰巳正裕, 三木茂人, 島影尚, 王鎮, 石田武和
  • Organizer: 特定領域“100テスラ領域の強磁場スピン科学"2008スタートアップ会議
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2008-05-16
• [Remarks]
  • URL: http://www.osakafu-u.ac.jp/news/000391.html