| 研究課題/領域番号 |
23K25127
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03873 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40736667)
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| 研究分担者 |
島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70589340)
神谷 好郎 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (90434323)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
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| キーワード | 中性子 / パルス中性子 / 飛行時間法 / 半導体検出器 / イメージング / 半導体検出気 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
透過性が高い中性子を用いたイメージングは，非破壊で内部の組成や構造などの情報を我々に与えてくれる重要な手段である。特に，パルス中性子源による飛行時間法を用いた中性子透過イメージングは，材料分析の手法として幅広く応用が期待される。本研究の目的は，現状より１桁小さい10 μmの空間分解能を実現させ，高解像度化による材料分析の新たな展開を切り拓くことである。そのために，次世代宇宙X線観測へ向け開発してきた半導体検出器を中性子イメージセンサへ応用することで，要求を満たす新たな半導体検出器を開発する。
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| 研究実績の概要 |
透過性が高い中性子を用いたイメージングは，非破壊で内部の組成や構造などの情報を我々に与えてくれる重要な手段である。特に，パルス中性子源による飛行時間法を用いた中性子透過イメージングは，材料分析の手法として幅広く期待されている。本研究の目的は，現状より１桁小さい10 μmの空間分解能を実現させ，高解像度化による材料分析の新たな展開を切り拓くことである。そのために，次世代宇宙Ｘ線観測へ向け開発してきた半導体検出器を中性子イメージセンサへ応用することで，要求を満たす新たな半導体検出器を開発する。二年目は，下記の成果を得た。
１）SOI中性子イメージセンサの開発：これまで実施してきたB-10変換膜の成膜は，手法として難易度が高かった。そこで，安易な別の手法を検討した。具体的には，天然に存在するボロンのうち19.9%を占めるB-10を質量分析により選別し，イオン注入を行う手法を試した。結果として，直接成膜と比較し検出効率は高くないが，中性子を検出することができた。今後さらに検討していく価値を見出した。
２）中性子イメージングに特化した改良型SOIイメージセンサの開発：現状のSOIイメージセンサは，次世代宇宙Ｘ線観測用途に特化しており，回路構成や読み出し手法など，中性子イメージングに対し最適ではない。特に，計数率は課題である。初年度に検討した別の回路構成のイメージセンサに対し，B-10を成膜し試験機を製造した。そして，試験機での中性子応答を確認した。結果として，飛行時間の測定が可能であることを示し，計数率を大幅に改善できる見込みがあると考えた。次年度に，これまでのイメージセンサと比較することで，さらなる検討を進めていく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究を進めていく上で重要な，B-10変換膜の成膜手法の検討が進み，実機の製造技術が確立しつつある。また，中性子イメージングに特化した改良型SOIイメージセンサの試験機により，飛行時間の測定が可能であることを示し，計数率を大幅に改善できる見込みを得た。よって，計画を遂行する上で順調な進展があったと判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，製造した実機により，J-PARC MLF等のビームラインにてパルス中性子源を用いた実験を実施し，中性子応答に対する評価試験を進める。また，中性子イメージングに特化した改良型SOIイメージセンサの実機の回路構成を検討し，実際に設計を進める準備を始める。
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