2013 Fiscal Year Annual Research Report
超伝導共振器アレイを用いた位置分解可能な食品用放射線検出器の開発
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25706029
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
成瀬 雅人 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10638175)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超伝導検出器 / 放射線検出器 / マイクロ波 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、食品、特に農作物や魚介類中に含まれる放射線量検出システムの性能を向上させることである。そのために、高速動作・高感度でかつ位置分解可能な放射線検出器の開発を目標としている。
今年度はこれまでテラヘルツ波検出器として使用してきた超伝導検出器(MKID: Microwave Kinetic Indutance Detector)が放射線に対しても動作するように設計変更を行った。本研究が提案する放射線検出器は放射線を吸収体で熱に変換し、その熱を検出器で検知する構造になっている。熱解析手法を用いて、超伝導センサと吸収体をつなぐ部分の構造を比較検討し、マッシュルーム構造を採用した。マッシュルーム構造は、シリコン深堀エッチング装置を用いて超伝導センサを作成するシリコン基板を加工することによって作製可能であることを実験的に確かめた。
また、センサをアレイ化する際に問題となる素子間クロストーク量を電磁界解析ソフトウェアを用いて見積もる方法を提案した。クロストークの原因である容量性結合と誘導性結合のうち誘導性結合を抑えることが重要であることを明らかにし、超伝導センサの周りをキャパシタンスで覆う構造によってクロストーク量を従来型の1/10以下に抑えることができた。
直接描画装置・反応性イオンエッチング装置を用いて、シリコン基板上に成膜した窒化ニオブから超伝導センサを製作した。性能試験に使う冷凍機・マイクロ波回路などの整備を進めた。また、測定の高速化・効率化を進めるために測定器制御プログラムの構築も行った。
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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
超伝導検出器を用いた放射線イメージングアレイの開発に向けて、素子の設計、高温超伝導膜を用いた素子製作など要素技術の開発に成功し、冷却試験に必要な冷凍機・測定器制御プログラムの構築も含めて、概ね予定通りに開発が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2014年度に購入予定の1 K冷凍機または既存の4 K冷凍機を用いて昨年度に設計･製作した超伝導センサへの放射線照射実験を行う予定である。また、イメージングに不可欠な検出器多素子同時読出システムの開発を行う。これによって、検出器単体だけでなく、放射線カメラとしてのシステム評価が行えるようにする。同時に、より簡易な冷凍機で検出器を動作させることを目標として、MgB2, YBCOなどの高温超伝導材料を用いた検出器の性能評価を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
25年度に使用予定であった液体ヘリウムを使わず、既存の機械式冷凍機で実験を行ったため予算を圧縮できたことと、翌年度に購入予定の1 K冷凍機の値段が昨今のヘリウム価格上昇に伴い、当初予定額よりも大幅に上回り来年度は予算不足が見込まれるため。
超伝導検出器を動作させるために不可欠な1K冷凍機の導入費用とする。
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