単結晶薄膜ダイヤモンドを用いた重イオンTOF検出器の開発及び大面積化手法の確立

• 研究課題/領域番号: 25800166
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 佐藤 優樹 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 基礎科学特別研究員 (20632409)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: ダイヤモンド検出器 / CVD単結晶ダイヤモンド / TOF測定 / 荷電粒子エネルギースペクトル測定 / TOF / パルス波高欠損

研究成果の概要

高強度の重イオンビームラインにおける重イオンの飛行時間(TOF)測定用検出器として使用するため、単結晶CVDダイヤモンドから検出器を製作し、性能評価を行った。開発した検出器は、イオン入射に対して既存のシリコン検出器やプラスチックシンチレータを上回る高速な出力応答を示した。加えて、イオンビーム入射に対して優れた耐久性が示された。一方で、検出器の有感面積を拡張するために、小サイズの単結晶ダイヤモンドを4つ組み合わせることによるモザイク型検出器の開発を行った。これらの結果に加えて、高品質単結晶を使用することにより、多結晶では難しい、入射イオンのエネルギースペクトルの測定が可能であることも示した。

研究成果

• [雑誌論文] Status of beam line detectors for the BigRIPS fragment separator at RIKEN RI Beam Factory: issues on high rates and resolution (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, N. Fukuda, H. Takeda, D. Kameda, H. Suzuki, Y. Shimizu, D. S. Ahn, D. Murai, N. Inabe, T. Shimaoka, M. Tsubota, J. H. Kaneko, A. Chayahara, H. Umezawa, S. Shikata, H. Kumagai, H. Murakami, H. Sato, K. Yoshida, T. Kubo
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Radiation hardness of a single crystal CVD diamond detector for MeV energy protons (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sato, Takehiro Shimaoka, Junichi H. Kaneko, Hiroyuki Murakami, Mitsutaka Isobe, Masaki Osakabe, Masakatsu Tsubota, Kentaro Ochiai, Akiyoshi Chayahara, Hitoshi Umezawa, Shinichi Shikata
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 印刷中 ページ: 147-150
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.12.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-crystal CVD diamond detector for high resolution particle spectrometry (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, H. Murakami, T. Shimaoka, M. Tsubota, J. H. Kaneko
  • 雑誌名: EPL (Europhysics Letters) 巻: 108 号: 4 ページ: 42001-42001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/108/42001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pulse shape distortion of output signals from single-crystal CVD diamond detector in few-GHz broadband amplifiers (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, T. Shimaoka, J. H. Kaneko, H. Murakami, D. Miyazaki, M. Tsubota, A. Chayahara, H. Umezawa and S. Shikata
  • 雑誌名: EPL (Europhysics Letters) 巻: 106 号: 2 ページ: 22001-22001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/106/22001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulse height reduction effects of single-crystal CVD diamond detector for low-energy heavy ions (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, T. Shimaoka, J. H. Kaneko, H. Murakami, D. Miyazaki, M. Tsubota, A. Chayahara, H. Umezawa and S. Shikata
  • 雑誌名: EPL (Europhysics Letters) 巻: 104 号: 2 ページ: 22003-22003
  • DOI: 10.1209/0295-5075/104/22003
  • 査読あり
• [学会発表] Single-crystal CVD Diamond Detector for Low-Energy Charged Particles with Energies Ranging from 100 keV to 2 MeV (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, H. Murakami, T. Shimaoka, M. Tsubota, J. H. Kaneko
  • 学会等名: The fourth international conference on Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications (ANIMMA2015)
  • 発表場所: Lisbon Congress Center, Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2015-04-20 – 2015-04-24
• [学会発表] Maintenance and improvement of beam-line detectors for the BigRIPS fragment separator (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato
  • 学会等名: Workshop for development of beam line detectors with high rate capabilities at RIBF
  • 発表場所: RIKEN, Wako, Saitama, Japan
  • 年月日: 2015-01-19
• [学会発表] Radiation hardness of single crystal CVD diamond detector for MeV energy protons (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, T. Shimaoka, J. H. Kaneko, H. Murakami, M. Isobe, M. Osakabe, M. Tsubota, K. Ochiai, A. Chayahara, H. Umezawa, S. Shikata
  • 学会等名: SORMA XV - 2014 Symposium on Radiation Measurements and Applications
  • 発表場所: University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA
  • 年月日: 2014-06-09 – 2014-06-12
• [学会発表] Status of Beam Line Detectors for the BigRIPS Fragment Separator at RIKEN RI Beam Factory: Issues on High Rates and Resolution (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, N. Fukuda, H. Takeda, D. Kameda, H. Suzuki, Y. Shimizu, D. S. Ahn, D. Murai, N. Inabe, T. Shimaoka, M. Tsubota, J. H. Kaneko, A. Chayahara, H. Umezawa, S. Shikata, H. Kumagai, H. Murakami, K. Yoshida, T. Kubo
  • 学会等名: The 2nd Conference on "Advances in Radioactive Isotope Science 2014" (ARIS 2014)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-06