| 研究課題/領域番号 |
18K03686
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
宇野 彰二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (70183019)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 量子ビーム / 放射線 / 中性子 / 高感度 / 2次元画像 / 放射線検出器 / 両面フレキシブル基板 / 高速データ転送 |
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| 研究実績の概要 |
中性子検出器の検出効率を向上させるために、ガス電子増幅器（GEM）の表面にボロンを付加して、積層することを開発の基本としている。先行研究では、ボロンを付加したGEM（ボロンGEM）の使用中に放電が発生するとGEMの孔内で炭化が起こり、高電圧を印加できなくなるという問題があった。そこで、本研究では、放電によっても炭化が起きなく、壊れてしまうことのないセラミックGEMにボロンを付加することで、ボロンGEMを製作することにした。まず、小さなサンプルGEMにボロンを付加する試みを行った。その結果、ピール試験等により、ボロンがセラミックGEMに強固に付加することができることを確認した。しかしながら、ボロンがGEMの孔内に入ってしまって、高電圧を印加できないことも分かった。これを回避するために、まず、ボロンを付加してから、GEMの孔加工を行う工程とした。これによって、出来上がた小さなサンプルにおいて、高電圧を印加することに成功した。また、ガス中で動作させたところ、ボロンGEMとして必要なガス増幅度が得られることも確認した。また、これと並行して、2種類のセラミック材料の単体試験を行った。LTCCと呼ばれる比較的低温で焼結する材料とHTCCと呼ばれる高温で焼結する材料である。LTCCの方が、低温で焼結でき、電極に金をもちいることができることから先にGEMとしては確立していたが、材料内にボロンが含まれることから中性子吸収が心配された。2種類の材料単体試験の結果、やはり、LTCCでは中性子吸収が大きく、HTCCでないと不都合であることが分かった。HTCCでは電極がこれまでに実績のない白金となるが、試験の結果、それでも問題なく使用できることも確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
まだ、小さなサンプルであるが、予定通り、期待したセラミックGEMにボロンを付加して、ボロンGEMを製作することができ、しかも、必要なガス増幅度を得ることにも成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、これまでに成功したボロンGEMの製作方法で、大型のもの（10cm角）を製作して、実際に必要なガス増幅度を得ることができるかを確認することが第一段階である。それと同時に、実際に放射線ソースであるCf-252からの中性子が検出できるかどうかも確認する。それによって、10㎝角内での一様性なども測定する。
次の段階として、ボロン材料を高価なボロン―10のみを含む材料に変えて、ボロンGEMを製作して、同様な試験を行う。ここまでうまくいけば、ボロンGEMを組み込んだ中性子検出器システムを使って、パルス中性子源からの中性子ビーム照射試験を行う。それによって、より詳細に、ボロンの付加の際にむらがないとか一部にガス増幅度が得られない場所がないとかが判明する。その結果をもとに製作工程等を見直すことを試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2018年度は、10㎝角のGEMをもう少し購入予定であったが、小さなサンプルでの試験を十分に行うことを優先したので、10㎝角のセラミックGEMを数多く製作することは次年度に回すことにしたためである。2019年度は、ボロン―10の購入を含めて10㎝角のセラミックGEMを多数製作して、実際に、中性子検出器として使えることを確かめる。
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