超伝導転移端センサが実現する粒子線治療用線量標準の高精度化

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02341
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大野 雅史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90391896)
• 研究分担者: 松藤 成弘 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 加速器工学部, チームリーダー(定常) (00280743) ; 浮辺 雅宏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00344226) ; 清水 森人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (20613988) ; 大谷 知行 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (50281663) ; 松崎 浩之 東京大学, 総合研究博物館, 教授 (60313194) ; 神代 暁 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (60356962) ; 坂間 誠 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 病院, 主任研究員(定常) (80455386) ; 黒澤 忠弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (90356949) ; 佐藤 泰 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90357153)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 超伝導転移端センサ / 重粒子線カロリメトリ

研究実績の概要

バルクのスズ（500μm角×0.3mm厚）およびグラファイト（1mm×1mm×1mm）の重粒子線吸収体を超伝導イリジウム/金薄膜温度センサ上に金バンプポスト（台座）を介して搭載したTES検出素子を開発した。このうちスズ吸収体付素子を放射線医学総合研究所HIAMC加速器PH2ビームライン上に設置した希釈冷凍機で冷却し、治療用炭素線ビーム(100MeV/u）のカロリメトリ計測を行った。この計測実験では、2017年2月に同HIAMCで実施したHe粒子入射実験で得られた知見を活かし、重粒子ビームの検出器吸収体部以外への入射に起因するノイズの低減を図るため、タングステン製コリメータにより1mmφに径を絞ったビームを検出素子吸収体部の横面から照射する体系を構築した。これにより、吸収体部を貫通したビームがTES超伝導薄膜温度センサ部に直撃することが避けられ、大幅なノイズ低減が達成された。ビームのエネルギー減衰器としてアルミニウム板を用い、その板厚を変化させてブラッグカーブのピーク近傍のエネルギーに調整し、TES検出素子の応答を評価した。炭素粒子入射により得られる電流パルスは、入射エネルギーが大きいため、超伝導薄膜の温度が一時的に超伝導転移領域を超えて飽和し、先がつぶれた波形になるが、この波形の飽和時間を読み取ることにより検出器への入射エネルギーを評価することが可能となる。得られた信号の飽和時間のスペクトルではアルミニウム減衰器の板厚に依存してピークの位置が変化してブラッグピークに近づくほど飽和時間が長くなり、またその板厚の増加に伴い、アルミニウム板を通過する重粒子ビームの相互作用の大きさを反映して飽和時間スペクトルにおいてピーク部の幅が増加する傾向にあることが確認された。これより、TESを用いた重粒子カロリメトリにおいて重粒子1個ずつのエネルギーを精密に計測可能であることが実証された。

現在までの達成度 (段落)

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Calorimetry of Heavy Charged Particle by Superconducting Transition-Edge Sensor (2018)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ohno, Tomoya Irimatsugawa, Yoshitaka Miura, Hiroyuki Takahashi, Tokihiro Ikeda, Chiko Otani, Makoto Sakama, Naruhiro Matsufuji
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 193(5) ページ: 1222-1227
  • DOI: 10.1007/s10909-018-2027-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Small-Pixel Ir-TES for Optical Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Miura, Tomoya Irimatsugawa, Masashi Ohno, Hiroyuki Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 193(3-4) ページ: 344-348
  • DOI: 10.1007/s10909-018-2034-9
  • 査読あり
• [学会発表] 高エネルギー分解能超伝導転移端センサの開発とＸ線γ線高効率スペクトロスコピーへの取り組み (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野 雅史
  • 学会等名: 第54回X線分析討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Ir-TES with single element superconductor for near infrared single photon counting with energy resolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Miura, Tomoya Irimatsugawa, Masashi Ohno, Hiroyuki Takahashi
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an Ir transition edge sensor for near infrared single photon counting (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Miura, Tomoya Irimatsugawa, Masashi Ohno, Hiroyuki Takahashi
  • 学会等名: 2018 Symposium on Radiation Measurements and Applications
  • 国際学会