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焦電結晶X線源の高性能化へ向けたX線発生機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K17484
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 応用物理学一般
研究機関早稲田大学

研究代表者

草野 広樹  早稲田大学, 理工学術院, 助教 (10547615)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2015年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2015年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード焦電結晶 / X線源 / X線発生装置 / 誘電体 / 分極 / タンタル酸リチウム
研究実績の概要

【目的】焦電結晶を利用したX線源は、小型軽量で低消費電力である点で様々な応用に対して魅力的であるが、一方でX線管に比べてX線強度が小さく不安定であることが欠点である。焦電結晶X線源の高性能化のためには、X線発生に関する実験データを蓄積すると同時に、いまだ十分な理解が得られていないX線源としての動作原理を明らかにすることが必要である。本研究では、焦電結晶によるX線発生機構について調査し、焦電結晶X線源の高性能化のための基礎的な知見を得ることを目的とする。
【方法】低圧気体中で焦電結晶(タンタル酸リチウム)を温度変化させ、発生するX線を計測する。また、結晶表面に発生する分極電荷量と、その時に放出・加速される電子の強度およびエネルギーを計測する。以上の結果から、焦電結晶による電子放出・加速機構について検討する。特に、結晶の面積、結晶の厚さ、雰囲気気体の圧力、結晶表面と対向電極の距離、結晶の温度変化量のそれぞれを変化させながら実験を行い、それらへの依存性について考察する。
【成果】結晶表面の電荷量および放出電子を計測するための装置を新たに設計・製作した。焦電結晶(タンタル酸リチウム)は、大きさの違いによる影響を評価するため、直径2.25、4.3、7.1 mm、厚さ2、4、10 mmのものを用意した。まず、結晶を温度変化させてX線を発生させる実験を行った。実験から、発生するX線の強度は結晶面積に依存するが単純な比例関係にはないこと、結晶厚さとX線の最大エネルギーはほぼ比例関係にあること、結晶厚さはX線強度に大きく依存すること、などを確認した。また、発生するX線強度は、雰囲気気体の圧力に対しては約1Pa以下でほぼ一定になること、結晶表面と対向電極の距離に対しては、最大となる距離が存在することが明らかとなった。

報告書

(1件)
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 月着陸探査に向けた焦電結晶X線源の開発2016

    • 著者名/発表者名
      内藤雅之,溝根美穂,草野広樹,柴村英道,長岡央,久野治義,長谷部信行
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Current development status of an X-ray generator for X-ray fluorescence analysis on space mission2016

    • 著者名/発表者名
      H. Kusano, N. Hasebe, H. Nagaoka, M. Naito, M. Mizone, Y. Amano, E. Shibamura, H. Kuno
    • 学会等名
      International Symposium on Radiation Detectors and Their Uses 2016
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究機構
    • 年月日
      2016-01-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 焦電結晶X線源による発生X線強度の測定2015

    • 著者名/発表者名
      草野広樹,内藤雅之,溝根美穂,長岡央,久野治義,柴村英道,長谷部信行
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2017-01-06  

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