All Solid State Superconducting System for Neutron Radiography with One Million Pixels and Submicron Resolution

2016 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 23226019
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: Ishida Takekazu 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00159732)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤巻 朗 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20183931) ; 日高 睦夫 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロクス研究部門, 上級研究員 (20500672) ; 三木 茂人 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所ナノICT研究室, 主任研究員 (30398424) ; 町田 昌彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434) ; 四谷 任 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 客員教授 (70393296) ; 王 鎮 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 主管研究員 (70359090) ; 前澤 正明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (40357976)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SHINOHARA Takenao 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター物質・生命科学ディビジョン, 研究員 (90425629) ; SHISHIDO Hiroaki 大阪府立大学, 工学研究科, 准教授 (80549585) ; MAEZAWA Masaaki 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究員 (40357976) ; SOYAMA Kazuhiko 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J・PARCセンター, 副ディビジョン長 (90343912) ; MIKI Shigehito 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (30398424) ; WANG Zhen 大阪府立大学, 工学研究科, 客員研究員 (70359090) ; OIKAWA Kenichi 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター, 研究員 (80391332) ; HARADA Masahide 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター, 研究主幹 (50354733) ; MIYAJIMA Shigeyuki 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 研究員 (50708055) ; TANAKA Masamitsu 名古屋大学, 工学研究科, 特任講師 (10377864) ; KOBAYASHI Keita 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 任期付研究員 (00468860) ; OTA Yukihiro 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 任期付研究員 (60386597)
• Research Collaborator: ARAI Masatoshi (前職)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター 物質・生命科学ディビジョン, ディビジョン長 (30175955) ; KOJIMA Kenji 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, 准教授 (10301748)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 中性子 / ラジオグラフィ / MgB2超伝導体 / 単一磁束量子素子 / 遅延時間型超伝導検出器 / ギンツブルク・ランダウ理論 / Nb超伝導体 / ボロン１０

Outline of Final Research Achievements

We developed a serial current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) with an SFQ encoder providing neutron event address. We confirmed its proper operation with the aid of pulsed laser irradiation experiments instead of neutron irradiation. We also fabricated a mega-pixel chip consisting of 1000-CH-X-CB-KIDs and 1000-CH-Y-CB-KIDs on a monolithic Si chip. However, we recognized that the overwhelming excess noise, particularly appeared in J-PARC facility, prevented our device from operating the ultimate CB-KID chip with SFQ readout circuits in a proper manner. Alternatively, we proposed a new idea of a delay-line CB-KID system consisting of two submicrometer (0.9 um) wires (40-nm thick, 150-m long) on a 22mmx22mm chip. We finally fulfilled megapixel-class imaging of 225-mm2 active area by using a submicrometer Nb nanowire at the pulsed neutron facility J-PARC. The wave-length-selective neutron radiography, achieved by us, is apparently beyond the scope of our original proposal.

Free Research Field

超伝導物性、ナノ構造超伝導