全波長領域対応背面照射型CCD検出器の開発と応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12558051
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 森田 繁 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (80174423)
• 研究分担者: 武藤 貞嗣 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (40260054) ; 後藤 基志 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00290916)
• キーワード: CCD検出器 / 可視分光 / 真空紫外分光 / X線分光 / プラズマ計測 / 分光器

研究概要

本年度は昨年度までに計測可能となったX線領域CCD検出器の高速サンプリング(高時問分解能計測)の試行と安定動作への改善,真空紫外領域への計測拡張を目指した.
CCD検出器の高速サンプリングについては素子それぞれが有する電荷移動等に関する特性が異なる為,限界値をはっきりとは確定できないが,一応5msを目標とした.それに伴う改良点としては1.電荷の高速移動とCPUの高負荷による発熱を軽減(特に冷却用ペルチェ素子の電源容量の増大と高冷却化)2.高速サンプリングに対応したソフトウェアの改良3.高速サンプリング時の電荷移動の異常の有無の検査を行った。以上の事柄を実行した結果,10msのサンプリングでは全く問題なく動作させることに成功した.また,5msサンプリング時には5万カウント/ch以上の計数時にスペクトルの歪みを若干観測したので,ソフトウェアで計数率の上限を設定することとした.
真空紫外領域への計測拡張に関してはCCD検出器をLHDに設置されている3m及び20cm直入射真空紫外分光器に取り付け,背面照射型と前面照射型(従来型)の検出特性の比較を行った.前面照射型では半導体の上にコーティングが施されているため,2000A以下のスペクトルを観測するのは困難であったが,背面照射型では直接真空紫外線がCCDに入力されるため,問題なく300-2000Aの領域を計測することが可能であった.しかしながら,コーティングなし背面照射型CCDは背景雑音が比較的大きい.これはもともとのCCD製作時に有している特性により決まっており,製造会社とのさらなる密な議論が必要である.

研究成果

• [文献書誌] S.Morita et al.: "Observation of ablation and acceleration of impurity pellets in the presence of energetic ions in the CHS heliotron/torsatron"Nuclear Fusion. Vol.42. 876-880 (2002)
• [文献書誌] S.Morita et al.: "Behavior of ion temperature in electron and Ion heating regimes observed with ECH, NBI and ICRF discharges of LHD"Nuclear Fusion. Vol.42. 1179-1183 (2002)
• [文献書誌] S.Morita, M.Goto: "Space-resolved VUV spectroscopy using the 3m normal incidence spectrometer with back-illuminated CCD detector in the LHD"Review of Scientific Instruments. Vol.74. 2036-2039 (2003)
• [文献書誌] S.Morita, M.Goto: "X-ray crystal spectrometer with a charge-coupled-device detector for ion temperature measurements in the Large Helical Device"To be published in Review of Scientific Instruments. Vol.74. (2003)
• [文献書誌] M.Goto, S.Morita: "Hydrogen and helium spectroscopy of initial and final stages of a plasma in the Large Helical Device Determination of the ion densities"To be published in Plasma Physics. (2003)
• [文献書誌] S.Muto, S.Morita et al.: "First measurement of hard x-ray spectrum emitted from high-energy electrons in electron cyclotron heated plasma of LHD"Review of Scientific Instruments. Vol.74. 1993-1996 (2003)