2020 Fiscal Year Annual Research Report
新たな超高感度マイクロチャネルプレートで拓く粒子・光子検出の新世界
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20H04462
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
的場 史朗 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, 特別助教 (80535782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大下 英敏 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, 技師 (00625163)
瀬谷 智洋 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, 准技師 (30563978)
平田 浩一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 上級主任研究員 (80357855)
吉川 一朗 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10311169)
吉岡 和夫 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (70637131)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロチャンネルプレート / 中性子 / 極端紫外光 / 二次イオン質量分析 / ミュオン / 放射光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，多種多様な粒子・光子検出に最適化した超高感度マイクロチャンネルプレート(超高感度MCP)を開発する．
MCPの最大検出効率は，検出面の全表面積に対する多数の細孔の全開口面積の比(開口率)とほぼ等しいことが知られている．市販の一般的なMCPでは，機械的強度の制約により開口率は50%-60%であり，検出効率も同程度である．先行研究では，円筒状細孔の粒子入射側にテーパー加工を施して開口部を大きくすることで検出効率が向上することが見いだされている．
本研究開発では，さらなるMCPの高感度化のために，表面構造の最適化や，MCP表面に最適なコーティングや反応材料を塗布することにより，幅広いエネルギー領域における粒子・光子の最大検出効率を100%に引き上げる事を目的としている．イオン・中性子・ミュオン・極端紫外光を用いた計測機器で，上記手法により試作したMCPの実機実証実験を行う．以上により，超高感度MCP仕様の最適化を行う．
初年度である2020年度では，以下にあげる研究開発を行った．極端紫外光検出のためには，従来型MCP表面にヨウ化セシウム(CsI)をコーティング・テーパー型MCP表面にCsIコーティングの二領域に分割されたMCPの製作を行った．極端紫外光ビームの照射位置を変えることで一つのアッセンブリで二種類のMCP仕様を使い分ける事が可能になり，放射光のビームタイムを効率的に使用できるだけでなく，検出効率の製作ロットごとの違いを除去することができるようになった．中性子検出用MCP開発のために製作されたホウ素10添加MCPを用いて，京都大学研究用原子炉用にて照射実験を行い，検出信号の取り出しに成功した．二次イオン質量分析のための高感度テーパー型MCPを製作し，高効率ToF管の製作も行った．また各装置に共通して使用可能な二次元読み出しのための面抵抗アノードの開発・製作も行った．
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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
2020年度では，予定していた評価用高感度MCPの設計製作，実証実験用実験装置，二次元読み出し抵抗アノードおよび電子回路開発が全て遂行することが出来た．また，ホウ素10添付MCPを用いた中性子検出実験も予定より先行して行うことができ，検出シグナル特性の理解を進めることが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
二年目の研究期間である2021年度では，2020年度に製作した評価用高感度MCPや実験装置を用いて各種量子ビームによる検出効率測定実験を行う．
分子科学研究所極端紫外光研究施設による極端紫外光検出効率測定，京都大学研究用原子炉用による中性子検出効率測定，高崎量子応用研究所イオン照射研究施設における二次イオン質量分析，J-PARCミュオン科学実験施設によるミュオン検出効率測定を予定している．
また，二次元読み出しのための抵抗アノードを用いてイメージング質量分析や中性子イメージングの開発も行う．それぞれの実験仕様に適したFPGAによる電子回路設計を行う．
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