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本研究の目的は、高エネルギー粒子線を用いた腫瘍治療において、陽子線CT(Computed Tomography)によって治療の質の改善することである。これまで用いた位置測定器(SSD:シリコンストリップ検出器)は、数十ミクロンの位置精度を持つ反面、信号読み出し速度が遅く、撮像に非常に長い時間(~8時間)がかかった。本研究では、検出器部はそのまま使用するが、デジタル型信号読み出し回路を導入することにより、速度が数千倍に改善された位置測定器の開発を行った。
SSDの特徴は、精密な加工技術により位置分解能に優れることであるが、検出器の内部に増幅機構が無いため信号が非常に小さく、読み出しには高ゲイン・低雑音・多チャンネルの増幅回路が必要となることである。必要な仕様を満たす汎用の高密度LSIは存在しないため、一部仕様を満たさないがBelle-II実験のドリフトチェンバー用に開発されたASDチップを用いて読み出し回路を作成した。
このLSIのアンプ部はバイポーラであるが、後段のPostAmpとコンパレータは、負信号用の極性を持ち、SSDの信号とは極性が反対である。しかし、信号波形はそれほど成形されておらず、またPostAmpのゲインが高いため、SSDに使用が可能であると考えた。また、設計を変更し、超低電圧対応のコンパレータをASDチップの後段に配置した回路基板も製作した。
システム全体のテストとして、放射線医学総合研究所において、高強度陽子線ビームを用いて、ビームプロファイルを測定した。信号をデジタル化することにより、400kHz程度までは安定して動作することが確認できた。また、さらに高レートでは、グラウンドを強化する必要があることが判った。今後は、さらに高密度、安定性の高い回路を製作することにより、大面積・多チャンネルのSSDを用いても、CT撮像が可能となるよう発展させていく予定である。
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