2014 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ秒時間分解・超高速ピクセルアレイX線検出器の開発
| Project/Area Number |
25246040
|
|---|
| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
|---|
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)
|
|---|
| 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)
足立 伸一 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 (60260220)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-10-21 – 2017-03-31
|
| Keywords | シリコン・アバランシェフォトダイオード / 放射光X線 / ピクセルアレイ / 時間分解X線実験 / 核共鳴散乱 / マルチチャンネルスケーリング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
(A)Si-APDリニアレイ用0.5nsサンプリング・マルチチャンネルスケーリング（MCS）回路ボードを製作、放射光X線ビームを使った実験により一部のチャンネルについてはサブナノ秒時間分解能を得ることに成功した。2nsごとの入射X線パルスをピークの重なりなく、ほぼ完全に分離できる時間分解能0.7ns達成のため、サンプリング時間0.5nsのMCS回路ボードをフロントエンドASICと高速FPGAを用いて64ch入力のものを製作した。現有のサンプリング時間1ns・64チャンネルMCSボードの設計を見直して、より高い時間分解能を得るためにASICチップの配置見直しとそれに適合するパッケージやり直し、高速FPGAの採用と冷却強化を行なった。残念ながらアナログ電源部のグラウンド設計に問題があったため多くのチャンネルで高周波雑音に悩まされたが、放射光ビームを使った性能評価により一部チャンネルで時間分解能0.8nsが得られたことを確認し、雑音レベル低減のための検討を行うことができた。また、既存の1nsサンプリングボードを使った放射光核共鳴散乱実験への応用を行ない、結果を論文として発表した。
(B)高速シンチレータとして重元素（ビスマス、ハフニウムなど）ナノ粒子プラスチックシンチレータの製作・テストを実施した。X線エネルギーを核共鳴散乱実験の対象核種であるNi-61の励起準位と同じ67.4 keVとして、H26年度に続き、酸化ビスマスナノ粒子を含むプラスチックシンチレータの製作などを行った。ハフニウム添加プラスチック・シンチレータの結果について論文発表を行った。
(C) サンプリング速度5Gbpsのアナログメモリセル（AMC）による高速波形サンプリングを行う回路ボードを製作した。小規模APDアレイにも使用できるように16チャンネル入力とした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
APDリニアアレイ用0.5nsサンプリングMCSボードの製作と雑音低減対策までは実施できた。放射光ビームを使った性能確認までにはいたっていない。実際のAPD出力波形による実証はこれからだが、パルス波形を高速サンプリングするAMC回路ボードの製作を行うことができた。シンチレータについてはBi,Hfナノ粒子添加プラスチックシンチレータの製作などを着実に進めている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
(A)Si-APDリニアレイ用0.5nsサンプリングMCS回路ボードを改めて製作し全入力チャンネルでサブナノ秒時間分解能を実証する。2nsごとの放射光X線パルスをピークの重なりなく、ほぼ完全に時間分離できるサブナノ秒時間分解能0.7ns達成のため、MCS回路ボードの雑音低減対策を行う。このボードに64ピクセルのリニアアレイを装着し放射光ビームを使ってテストし高速MCSシステムの技術を確立する。その上で128チャンネルのシステムに拡張する。H25年度に製作した128ピクセルのSi-APDリニアアレイ（ピクセルサイズ：H100×V200μmおよびH100×V400μm、ピクセル間ギャップ：50μm、H方向長さ：19mm、空乏層厚：10μm）を装着できる0.5nsサンプリングMCSシステムの製作をめざす。
(B)Si-APDアレイによるAMC回路ボードのテストを実施する。Si-APDピクセルアレイ（0.2x0.2mm、空乏層30μm、8x2アレイ）を接続できるように設計されたH26年度製作のAMC回路ボードを使って放射光X線ビームによるAPD出力パルス波形記録を試みる。
(C)高速シンチレータとして重元素（ビスマス、ハフニウムなど）ナノ粒子プラスチック・シンチレータのテストを実施する。核共鳴散乱実験の対象核種であるNi-61（67.4 keV、半減期：5ns）の場合に、厚さ1mmのときの検出効率：＞10%（市販の鉛添加PLシンチと比べ3倍以上）、発光寿命は2ns以下、発光効率（NaI:Tl比）：>10%が得られることを目標として、比例モードSi-APDを受光素子として用いるシンチレーション検出器プロトタイプの製作と放射光ビームテストを進める。
|
| 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。
|
