新型O.05―500keV域イオンエネルギー分析用多チャンネル半導体検出器の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12780352
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 近藤 真史 (平田 真史) 筑波大学, 物理学系, 講師 (70222247)
• キーワード: プラズマ計測 / 半導体イオン検出器 / 半導体新感度理論 / 半導体表面薄膜成膜法 / イオンエネルギースペクトル計測器 / 端損失イオン流 / イオン計測 / プラズマ閉じ込め電位

研究概要

我々が独自に開発・実用化している、斜めの静電場を用いた新型小型イオン・エネルギー・スペクトル計測器の通常の金属コレクターの代りに、新型半導体検出器を使用する事により、広エネルギー領域の計測が可能な、新型イオン・エネルギー・スペクトル計測器を実現できる事が、イオン源を用いた基礎研究で分った。この成果をプラズマ計測に適用するために、プラズマからのX線等をカットする新機構、及びイオン質量分析機能を付加した「高感度・広エネルギー領域計測が可能な新型イオン・エネルギー計測器」を開発している。
低エネルギー・イオンに感度を持つ検出器に関しては、我々の半導体検出器薄膜製法特許を用い、不感層厚が1nmの半導体検出器を開発した。この検出器は、単色エネルギー・イオン源により、凡そ100eVのイオンに対し十分な感度を有していることが確認された。更に不感層が薄く、より低エネルギー(数10eV)まで感度を持つ検出器の開発を引き続き行っている。
新型静電型イオン・エネルギー・スペクトル計測器において、イオン・エネルギー分析は斜めグリッドに印加する電圧のスイープと、斜めグリッドとその前段にあるグリッド間の電位差により行い、イオン質量分析はプラズマ閉じ込め装置が持つ磁場を利用し、斜めグリッドにより偏向され磁力線に垂直速度成分を持ったイオンがドリフトする際、質量の差異による軌道差を多チャンネル化した半導体検出器で検出する。そこで、計算機シミュレーションにより、多チャンネル半導体イオン検出器、及びこれを内蔵した新型イオン・エネルギー・スペクトル計測器の設計配位を最適化するための検討を進めた。
更に、プロトタイプの新型静電型イオン・エネルギー・スペクトル計測器をガンマ10タンデムミラー装置端部に設置し、端部に流出するプラズマ・イオン計測を行い、実際のプラズマ計測が可能であることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] M. Hirata et al.: "Development of Novel Ion-Energy Spectrometer Using a Semiconductor Detector Collector Under a Circumstance of Simultaneously Incident Ions and Electrons with X rays"Transactions of Fusion Technology. Vol.39. 281-284 (2001)
• [文献書誌] M. Yoshida et al.: "Simultaneous Observations of Temporally and Spatially Resolved Two-Dimensional Profiles of Ion-Confining Potentials and Ion Fluxes Using Novel Ion-Energy Spectrometer Arrays"Review of Scientific Instruments. Vol.72. 619-622 (2001)
• [文献書誌] T. Cho et al.: "Generalized Physics Scaling Laws of the Formation and Effects of Plasma-Confining Potentials Covering over the Representative Tandem-Mirror Operations in GAMMA 10"Physical Review Letters. Vol.86,No.19. 4310-4313 (2001)
• [文献書誌] T. Cho et al.: "Generalization and Consolidation of Scaling Laws of Potential Formation and Associated Effects in the GAMMA 10 Tandem Mirror"Nuclear Fusion. Vol.41,No.9. 1161-1170 (2001)
• [文献書誌] T. Cho et al.: "A Novel Method for Simultaneous Observations of Plasma Ion and Electron Temperatures Using a Semiconductor Detector Array"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Vol.477. 204-209 (2002)
• [文献書誌] M. Hirata et al.: "Tomographic Reconstruction of Plasma Electron Temperature Profiles Using Semiconductor Detector Arrays in the Elliptic Transition Region and the Circular Central Cell of the GAMMA 10 Tandem Mirror"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Vol.477. 210-214 (2002)