| 研究課題/領域番号 |
21H03743
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
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, 名誉教授 (00195231)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 量子ビーム / 放射光X線 / 重元素含有プラスチックシンチレータ / シリコン・アバランシェフォトダイオ ード / ピクセルアレイ検出器 / 時間分解測定 / プラスチックシンチレータ / シリコン・アバランシェフォトダイオード / 高エネルギーX線 / ピコ秒分解能 / ビスマス酸化物ナノ粒子 / 時間分解能 / 高速特性 / Si-APDアレイ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラスチックシンチレータに重元素酸化物ナノ粒子を添加したピコ秒発光・高感度シンチレータを開発する。シリコン・アバランシェフォトダイオード(Si-APD)によるリニアアレイを受光素子として、高エネルギーX線領域(30～100 keV)でも数十％以上の検出効率、100ピコ秒(ps)以下のタイミング精度を有し、毎秒10の8乗カウント/ピクセルまで計数できる放射光X線時間分解イメージングシステムを実現する。本システムにより高エネルギーX線の散乱・回折像、位相差像のサブナノ秒変化測定や時間分光核共鳴散乱測定を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高エネルギーX線用高感度プラスチックシンチレータとして実用的に最も高速な1 nsレベルで発光するビスマス、ハフニウム、ジルコニウム酸化物ナノ粒子を40重量％まで充填したPLSの製作を確実にし、放射光X線ビームによって高い検出効率と高い時間分解能、10の7乗（毎秒）を超える計数率を確認した。厚さ5mmのハフニウム酸化物ナノ粒子充填PLSで60keVのX線に対して検出効率50%を達成している。またPLSピクセル間遮光スクリーンのレーザーによる試作・X線ビームによる遮光性能評価に成功した。今後のSi-APDピクセルアレイ検出器の基礎として超高速ASICアンプの試作も進めることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で実用化した重元素充填PLSは、高エネルギーX線だけでなく荷電粒子線検出にも、またリチウム-6等を添加すれば中性子検出も可能で放射線計測全般に応用が広がる可能性がある。近年、ガイガーモードSi-APD(シリコン・アバランシェ・フォトダイオード)を受光素子とする2次元検出器の開発は盛んだが、100μm以下の高精細でピクセル当たり10の8乗(毎秒)までの高計数率で使える比例モードSi-APDアレイを受光素子として使う研究例は他にない。我々が取り組んだ超高速・高S/N比のCMOS集積回路(ASD-ASIC)技術は、ピクセルアレイ検出器によるイージングシステムを実現する鍵となる。
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