新しく提唱したX線計測原理の実証とこれを用いた新電子温度測定法の着想の実証と確立

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11780353
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 小波蔵 純子 筑波大学, プラズマ研究センター, 助手 (60302345)
• キーワード: プラズマ計測 / X線計測 / 半導体計測器 / プラズマ電子温度 / 電子温度計測 / 拡散電荷

研究概要

今年度は、本方式の独創的な点である、(1)この30年来用いられてきた、半導体空乏層内のX線生成電荷(電子温度T_e,密度n,有効電荷z_<eff>に複雑に依存)を用いる定説的手法/常套手段を覆し、(2)空乏層を「X線吸収体」として用いる新着想(従来用いられた事の無い、無電場基板領域でのT_eのみに分布形状が依存するX線生成三次元拡散電荷を用いる)の有効性検証の準備及び基礎実験を行った。
即ち、本新着想の実証のため、(3)我々の提唱した「半導体新感度理論」に基づき設計され、(4)本研究のためにSII社と共同開発してきた半導体検出器の製法特許を用いた「新開発多チャンネル半導体検出器」に対し、その単色X線の基礎特性を、高エネルギー加速器研究機構(KEK)放射光施設で得た。また、(5)本方式の実証実験に必要となる特殊形状X線コリメータを設計・製作し、以下の基礎実験を行った。先ず、計測器の空乏層厚d∝V^<1/2>(Vは外部印加電圧)をVの時間掃引により変化させ、空乏層での吸収X線を変化させた。一方、無電場領域内の深さ方向のX線生成電荷分布形状は、無電場領域でのX線減衰分布形状で決まり、X線エネルギーに依存する。このように、X線エネルギーに依り生成分布が異なる電荷が、無電場領域で三次元拡散し、X線入射の無い隣接チャンネルに拡散し、入射エネルギーに特有の拡散電荷分布を形作る事を確認した。本手法により得られる拡散電荷分布と、新感度理論を用いた計算拡散電荷分布の比較を行うことにより、電子温度の導出が可能となる。

研究成果

• [文献書誌] J.Kohagura et al.: "Newly Developed Matrix-Type Semiconductor Detector for Temporally and Spatially Resolved X-Ray Analyses Ranging Down to a Few Tens eV Using a Single Plasma Shot"Review of Scientific Instruments. 70,No.1. 633-636 (1999)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "Investigations of Electron Behavior in the GAMMA10 Tandem Mirror on the Basis of X-ray Analyses Using a Novel Theory on Semiconductor Detector Response"Transactions of Fusion Technology. 35,No.1T. 151-155 (1999)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "A New Principle in Plasma Electron-Temperature Diagnostics Using a Semiconductor X-ray Detector"Plasma Devices and Operations. 7,No.2. 85-92 (1999)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "Effects of Neutrons on Semiconductor X-Ray Detectors Including n-Type Joint European Torus and p-Type GAMMA10 Tomography Detectors"Review of Scientific Instruments. 70,No.1. 577-580 (1999)
• [文献書誌] T.Numakura et al.: "A Diagnostic Method for Both Plasma Ion and Electron Temperatures under Simultaneous Incidence of Charge-Exhange Particles and X Rays into a Semiconductor Detector Array"Applied Physics Letters. 76,No.2. 146-148 (2000)