粒子線マイクロドジメトリを目指した高精度超伝導粒子線検出技術の開拓

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03892
• 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, 量子医学・医療部門 研究企画部, グループリーダー(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) ; 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) ; 池田 時浩 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (80301745)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超伝導転移端センサ / 重粒子線癌治療 / マイクロドジメトリ

研究実績の概要

研究実施者がこれまでに確立した超伝導イリジウム薄膜をベースとした超伝導転移端センサ(TES)の作成技術とこのTESを用いて HIMACにて炭素やヘリウムのイオン粒子検出実証に成功した研究実績を踏まえ、TESピクセルの高エネルギー分解能化および、極小化したピクセルをアレイ状に配置したマイクロドジメトリ検出器の開発を引き続き進めた。その結果、重粒子線検出用のTESピクセルの高性能化を図るとともに4μm角以下の極小TESピクセルの試作、性能評価を行い、サブeVオーダの極めて優れたエネルギー弁別特性を実証した。この検出素子においては、イリジウムと金の近接2重層を初めてμm角オーダーの極小TESピクセルに導入することにより、従来の検出素子より動作温度を低減させられたことも優れた検出性能実現に寄与している。さらに超伝導エレクトロニクス技術を駆使したTESアレイ多画素読み出し用の回路および配線等を寒剤フリーの希釈冷凍機内に組み込み、複数のピクセルの同時動作実証も達成した。また、コリメーを用いて重粒子線ビームの径を絞り、得られたマイクロビームを冷凍機内のTES検出素子に照射する照射体系をシミュレーション上で再現し、2次電子等がどのように発生、飛散するのかについても解明を進め、TESの検出性能に及ぼす影響について評価した。
以上より、本研究により、極小TESピクセルから成る検出アレイを用いて重粒子線ビームの物理的相互作用、エネルギー付与をμｍオーダに近い空間分解能で解明しうるマイクロドジメトリ検出技術構築において必要となる検出器の要素技術を確立できたものと考える。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。