Development of the broadband neutron detector

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05392
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• Principal Investigator: 小宮 一毅 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 研究開発本部物理応用技術部電気技術グループ, 副主任研究員 (40578001)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武内 陽子 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 研究開発本部物理応用技術部電気技術グループ, 副主任研究員 (40780987)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 熱中性子 / 高速中性子 / 中性子変換膜 / ガス電子増幅器

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度に実施ができなかった検出器をして用いたガス電子増幅器の穴あき電極の改良を行った。熱中性子感度を上げるため、穴あき電極に同位体窒化ホウ素をマグネトロンスパッタにて成膜する。この同位体窒化ホウ素の成膜条件を最適化することで、印可電圧100Vで100MΩ～の絶縁抵抗を持つ同位体窒化ホウ素の成膜に成功した。穴あき電極にこの同位体窒化ホウ素膜を約0.5マイクロメートル厚みで成膜し動作検証をおこなった。
その結果、熱中性子のエネルギー帯域では、この同位体窒化ホウ素付き電極の有無で中性子の検出感度が３倍ほど高いことを確認することができた。
本研究は、初年度に熱中性子から高速中性子を取得可能な多層膜変換膜を開発しガス電子増幅器に実装することで、熱中性子から高速中性子までのエネルギー帯域を１つの検出器で検出できる広帯域な検出器の開発に成功した。また、２年目以降は、その検出器の中性子感度向上と構造の最適化を目標とし、ガス電子検出器に実装される穴あき電極に同位体窒化ホウ素をマグネトロンスパッタリング法でコーティングすることで、中性子の感度向上を試みた。この中で、同位体窒化ホウ素膜については、反応性スパッタリングで成膜を行うため、その成膜条件により同位体窒化ホウ素膜の体積抵抗、中性子の変換効率に違いがあることが分かった。このため、成膜条件によっては体積抵抗が低く、電極間の耐電圧が低下しを穴あき電極が使用できないことが分かったが、体積抵抗が高く穴あき電極の耐電圧性に影響しないような成膜条件を見出すことで、従来の穴あき電極より高変換効率を持つ同位体窒化ホウ素膜付き穴あき電極を開発した。