三次元位置検出型マイクロカロリメータの開発

• 研究課題/領域番号: 17H03523
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 伊豫本 直子 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40508173)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 放射線 / 分光 / 超伝導 / 放射線、X線、粒子線 / 超伝導材料・素子 / 低温物性 / マイクロカロリメータ / 放射線、Ｘ線、粒子線

研究成果の概要

ガンマ線検出用の超伝導転移端温度計（TES）型マイクロカロリメータを開発した。体積1 mm x 1 mm x 0.7 mmのビスマス吸収体を使用した単ピクセル素子で1.17 MeVのガンマ線に対して0.88 keVのエネルギー分解能を得た。19 mm x 0.5 mm x 0.5 mmの鉛吸収体を使用した位置検出型素子で662 keVのガンマ線に対して1 mm程度の位置分解能を実現した。20 mm x 1 mm x 1 mmのビスマス吸収体を使用した位置検出型素子で両端読み出しに成功した。シミュレータを開発して、実測の信号パルス波形をよく再現する結果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では従来のガンマ線検出器のエネルギー分解能を１桁程度改善することを目指すとともに、TES型マイクロカロリメータでの位置検出を試みている。ガンマ線分光・撮像は基盤技術であり、その高度化は多くの分野へ波及する。

研究成果

• [雑誌論文] Development of Gamma-Ray Position-Sensitive Transition-Edge Sensor Microcalorimeters (2021)
  • 著者名/発表者名: Naoko Iyomoto, Shinya Asagawa, Tetsuya Tsuruta, Yoshiki Nishida, Yukino Hamamura, Yuta Kurume, Keisuke Maehata, Tasuku Hayashi, and Kazuhisa Mitsuda
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transition Edge Sensor Microcalorimeter with Bismuth Absorber for Gamma-Ray Measurement (2021)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuruta, Naoko Iyomoto, Shinya Asagawa, Yukino Hamamura, Yoshiki Nishida, Keisuke Maehata, Kazuhisa Mitsuda, Tasuku Hayashi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Gamma-Ray Position-Sensitive Transition-Edge Sensor Microcalorimeters (2020)
  • 著者名/発表者名: Iyomoto N.、Kurume Y.、Kuroiwa T.、Asagawa S.、Tsuruta T.、Nishida Y.、Hamamura Y.、Maehata K.、Hayashi T.、Muramatsu H.、Mitsuda K.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 200 号: 5-6 ページ: 233
  • DOI: 10.1007/s10909-020-02518-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Gamma-Ray Transition-Edge-Sensor Microcalorimeters on Thick Membranes (2019)
  • 著者名/発表者名: Iyomoto, Naoko; Yoshimine, Ikumi; Shuto, Yuki; Kuroiwa, Takehiro; Maehata, Keisuke; Hayashi, Tasuku; Muramatsu, Haruka; Nagayoshi, Kenichiro; Mitsuda, Kazuhisa; Takano, Akira; Yoshimoto, Shota; Kurume, Yuta; Ishibashi, Kenji
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 194 号: 5-6 ページ: 412417-412417
  • DOI: 10.1007/s10909-018-2100-3
  • 査読あり
• [学会発表] Development of Gamma-Ray Position-Sensitive Transition-Edge Sensor Microcalorimeters (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoko Iyomoto, Shinya Asagawa, Tetsuya Tsuruta, Yoshiki Nishida, Yukino Hamamura, Yuta Kurume, Keisuke Maehata, Tasuku Hayashi, and Kazuhisa Mitsuda
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Transition Edge Sensor Microcalorimeter with Bismuth Absorber for Gamma-Ray Measurement (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuruta, Naoko Iyomoto, Shinya Asagawa, Yukino Hamamura, Yoshiki Nishida, Keisuke Maehata, Kazuhisa Mitsuda, Tasuku Hayashi
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 有限要素法を用いたガンマ線検出用TES型マイクロカロリメータの熱伝導シミュレーション (2020)
  • 著者名/発表者名: 西田 佳樹, 伊豫本 直子, 鶴田 哲也, 濱村 雪乃, 河口 昌太郎, 中村 悠之介, 浅川 真矢, 前畑 京介, 山崎 典子, 林 佑, 紺野 良平, 八木 雄大, 満田 和久
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ビスマス吸収体を用いたガンマ線検出用TES型マイクロカロリメータの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 濱村 雪乃, 伊豫本 直子, 鶴田 哲也, 西田 佳樹, 河口 昌太郎, 中村 悠之介, 浅川 真矢, 前畑 京介, 山崎 典子, 林 佑, 紺野 良平, 八木 雄大, 満田 和久
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 鶴田 哲也, 伊豫本 直子, 浅川 真矢, 西田 佳樹, 濱村 雪乃, 前畑 京介, 林 佑, 満田 和久 (2020)
  • 著者名/発表者名: ビスマス吸収体を用いたガンマ線用TES型マイクロカロリメータの開発
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Development of Gamma-Ray Position-Sensitive Transition-Edge-Sensor Microcalorimeters (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoko Iyomoto, Y. Kurume, T. Kuroiwa, S. Asagawa, T. Tsuruta, Y. Nishida, Y. Hamamura, K. Maehata, T. Hayashi, H. Muramatsu, K. Mitsuda
  • 学会等名: 18th international workshop on Low Temperature Detectors
• [学会発表] Development of Gamma-Ray Transition-Edge-Sensor Microcalorimeters on Thick Membranes (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Tsuruta, Naoko Iyomoto, Shinya Asagawa, Yukino Hamamura, Yoshiki Nishida, Keisuke Maehata, Yuta Kurume, Tasuku Hayashi, Haruka Muramatsu, Kazuhisa Mitsuda
  • 学会等名: 18th international workshop on Low Temperature Detectors
• [学会発表] ガンマ線検出用位置検出型TES型マイクロカロリーメータの開発(５) (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅川 真矢, 伊豫本 直子, 鶴田 哲也, 西田 佳樹, 濱村 雪乃, 久留米 勇太, 前畑 京介, 満田 和久, 林佑, 村松 はるか
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 高エネルギーガンマ線用TES型マイクロカロリメータの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鶴田 哲也, 伊豫本 直子, 浅川 真矢, 濱村 雪乃, 西田 佳樹, 前畑 京介, 満田 和久, 林 佑, 村松 はるか
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ガンマ線検出用位置検出型TES型マイクロカロリーメー タの開発（4） (2019)
  • 著者名/発表者名: 久留米勇太、伊豫本直子、浅川真矢、鶴田哲也、西田佳樹、濱村雪乃、黒岩健宏、前畑京介、満田和久、林佑、村松はるか、前久景星、紺野良平
  • 学会等名: 第６６回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Development of gamma-ray Position-Sensitive Transition-edge sensor microcalorimeters (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoko Iyomoto, Takehiro Kuroiwa, Yuta Kurume, Shinya Asagawa, Tetsuya Tsuruta, Keisuke Maehata, Tasuku Hayashi, Haruka Muramatsu, Keisei Maehisa, Kazuhisa Mitsuda
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ガンマ線検出用位置検出型 TES型マイクロカロリーメータの開発 （3） (2018)
  • 著者名/発表者名: 久留米勇太、伊豫本直子、黒岩健宏、浅川真矢、鶴田哲也、首藤祐輝、前畑京 介、満田和久、林佑、村松はるか、前久景星
  • 学会等名: 2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Development of gamma-ray position-sensitive transition-edge-sensor microcalorimeters (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Iyomoto et. al.
  • 学会等名: 17th international workshop on Low Temperature Detectors
  • 国際学会
• [学会発表] ガンマ線検出用位置検出型TES型マイクロカロリーメータの開発(2) (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒岩健宏
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会