【研究領域課題番号】18H01920 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機半導体 / 放射線検出器 / 結晶化 / パルス計測化 / 線量計測 / 放射線計測 / X線 / 粒子線・中性子 / インクジェット / 中性子 / 単結晶化

【研究成果の概要】

申請者らは、放射線計測用蛍光体（シンチレータ）の発光を有機半導体光出器（有機PD）で測定する新型放射線計測手法について研究し、放射線計測への適用可能性を示してきた。有機PDの形状の可変性を生かすことで、今までにない 軽量小型で、かつ動的使用に適す放射線検出器が実現可能であると考えている。
昨年度の研究により、インクジェット法によって銀インクを塗布することで、有機半導体放射線検出器として動作させることが可能であることが示した。しかし、今年度、絞り込んだX線を素子に照射して、照射位置と電流発生量を調べたところ、電極の金属にX線を照射した場合に大きい電流が発生しているという結果が得られた。すなわち、金属を含有する電極材料を用いることは「生体等価」という長所を損なうものであることが分かった。そこで、今後は可能な限り、薄膜金属とカーボンペーストを電極として使用することとした。
パルス計測化については、ノイズ成分による暗電流等の理由により、測定できていない。今後、ガードリングの採用や材料の再探索等により、パルス計測化の実現を目指す。高速中性子を対象とする測定についても、まずシンチレータを併用する間接測定から検討を行う。
本検出器の用いる線量計測概念構築のため、ブロック状のシンチレータの表面及び内部に素子を設置し、電流計測を行った。シミュレーションによる電流発生量推定値と比較したところ、同様の傾向が示されたが、シンチレータ内でのシンチレーション光の反射等の考慮が不十分だったため、ややずれた値となった。シンチレーション光の伝搬についてもシミュレーションにおいて考慮することとし、医療用に適した体系で実験を行う予定である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】16H06727 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線 / 検出器 / GEM / 中性子 / イメージング / 放射線イメージング / 放射線検出器 / フラットパネル / 放射線計測 / Glass GEM / 気体放射線検出器

【研究成果の概要】

新しいフラットパネル型検出器の実現を目指し、気体放射線検出器に基づくイメージング技術の開発をおこなった。硬X線を固体コンバーターで間接的に捕捉する方法を採用し、タングステンメッシュのコンバーターをモンテカルロ計算によって設計した。その結果、コンバーターの無い場合に比べて高い検出効率が得られることがわかった。また、実験でコンバーターが実際に動作していることが確認できた。本研究課題では、イメージング用回路・DAQシステムの開発も行った。dToTに基づく信号処理と電荷分割方式によるイメージングシステムを開発し、少ない回路コンポーネントでも10cm角の領域で歪みなくイメージングを行うことに成功した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2016-08-26 - 2018-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】量子ビーム科学

【研究領域課題番号】25870182 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アモルファス氷 / 高圧 / 結晶化 / 氷 / 多形 / アモルファス / 高圧力 / 中性子 / X線

【研究成果の概要】

塩は通常の氷にはほとんど取り込まれることがない。しかし、高圧氷にはかなりの量の塩分を含みうることが、最近の研究でわかってきている。この塩を含む高圧氷は、低温高圧下でアモルファス氷から結晶化するという特殊な方法で生成されている。本研究期間では、この生成過程の基礎研究、すなわち塩分濃度の違いによるアモルファス化や結晶化の温度圧力を調べる研究を行い、またこの特殊な生成過程を応用した新規塩水和物の結晶構造解析にも成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】16656288 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ドリフト電場 / 比例計数管 / MSGC / 電場計算 / X線検出器 / 放射線イメージング / マイクロストリップガス検出器 / 電荷結合素子 / 微細加工技術 / X線 / 中性子 / 画像計測 / ラジオグラフィ

【研究成果の概要】

本年度は、比例計数管内部の空間電場を制御し、実際に空間中に電子を蓄積し読み出すシステムを構築し、本手法の有効性について検討した。まず、電子を蓄積し、移動させるために必要なドリフト電場についての詳細な計算を3次元電場計算コードELFINを用いて実施した。この結果空間電場を用いて電子を閉じ込めることは十分可能であると考えられる。次に、昨年度に購入したプログラマブル電源と、メッシュ電極により生成した、電荷蓄積、ドリフト電場制御電極、ならびに放射線入射位置読み出し用電子回路からなる評価システムを構築した。しかし、本システム内にα線源を導入し、電荷蓄積の後、読み出しを行うという方式で位置検出を試みたものの、有意な位置情報を得るには至らなかった。この原因としてはドリフト電場の制御には電子拡散を抑えるために、高電圧を用いる必要があり、このドリフト電場の変化に伴う電荷注入が信号レベルに比べて支配的になったためと考えられる。そこで、比例計数管で一旦電荷を増幅した後に電荷積分を行うようにアプローチを変え、新たな方法を考案した。本手法では、マイクロストリップガス検出器による増幅部分と、そこに隣接した電荷積分用のパッドからなり、このパッドと読み出し回路であるカソード部分には信号読み出し用の光導電性抵抗体が配置された構造とする。一定時間電荷蓄積を行った後、この光導電性抵抗体に光スポットを照射することで、照射した位置を読み出すことができる。また、本原理における電荷積分型の比例計数管の特性について放射光実験を行ったところ、従来の比例計数管の限界を超える10^10cps/mm^2程度まで動作することが分かり、新たなX線画像検出器として有望な手法であるということが示された。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】16360469 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MSGC / 中性子散乱実験 / X線 / 中性子 / マイクロパターンガス検出 / 比例計数管 / 画像検出器 / マイクロパターンガス検出器 / 信号読み出し / エンコーダ / X線検出器 / 中性子検出器 / 位置敏感型放射線検出器 / 散乱実験 / ラジオグラフィ / 結晶構造解析

【研究成果の概要】

本研究は、多層の微細加工技術を十分に活用し、検出器中での信号のエンコーディングを行うという、これまでにない全く新しい原理に基づいた位置情報の読み取り方式を導入することで、エレクトロニクスの規模を1桁以下にまで抑え、従来実現の困難であった大面積・高速・高位置分解能な2次元位置敏感型ガス比例計数管を開発しようとするものである。比例計数管は計数ガスを選択することでX線、中性子、紫外光、ガンマ線など多くの放射線測定に用いられるので、その応用範囲は、原子力、医療、物性科学にいたるまでの多岐にわたるが、本研究では特にJ-PARC計画において必要とされている中性子スペクトロメータに用いることを目的に、高い一様性を生かし、計数ガスとしてHe-3を用いた高分解能2次元位置敏感型中性子検出器として、マイクロストリップガス比例計数管を微細加工技術により製作し、アノードを平面上に400μmピッチで配置した超高速・高位置分解能の検出器の実現を目指した。2次元中性子位置検出器として十分な応用が考えられる100m皿角の検出器について、グローバルローカル法による信号読み出しを行い、X線による試験を行った結果、600umの位置分解能が得られ、動作原理が実証された。また中性子検出器としてもガス増幅度10程度で動作させることができ、立ち上がり時間として400ns程度の値が得られた。これらの結果により高速・高分解能2次元検出器が実現できるものと考えられる。また、更なる大面積MSGCの実現へ向けたグローバル・ローカル読み出し法の変形版として、カソードのパターン密度を幾何学的に変化させ、電荷分割を2段階に実施する方式のプレートを用いて実験を進め、アノードを2本持つ640mm長の長尺型のプレートを用いて、0.5気圧のHe-3ガスと2気圧のCF_4ガスの混合ガス中で動作させ、中性子ビームを用いて検出器の特性測定実験を詳細に行った結果、検出器の有感領域全体で良好に動作していることが確認された。また、有感領域全体における位置分解能の実測値としては2mm前後の値であるが、CF_4のガス圧を更に高めて動作させることにより、位置分解能としてより高い値が期待できるものと考えられ、本方式による中性子計測技術の高度化が期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】12,300千円 (直接経費: 12,300千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】01460262 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レ-ザ- / 中性子検出 / ヘリウムネオンレ-ザ- / レ-ザ-増幅 / X線 / γ線 / ヘリウム・ネオン / 中性子 / 計算機制御

【研究成果の概要】

放射線計測用の新しいセンシング原理として放射線によるレ-ザ-発振効果を用いることが本研究の目的である。前年度は、特殊レ-ザ-発振管で照射実験を実施し、入射中性子束に対し、レ-ザ-発振開始電圧の減少量について校正実験を実施した。今年度の研究成果は以下の通りである。
1.放射線トリガ-型レ-ザ-発振モデルの検討
市販の他の^3Heレ-ザ-発振管について、このモ-ドでの動作実験をしたところ作動せず、レ-ザ-発振回路が従前のものとは変更され、高周波発振方式になっていることが分った。又、半導体レ-ザ-ではやはり、このモ-ドでの発振は生じなかった。これらのことより、HeーNeガスレ-ザ-を定電圧型で放電させる方式の場合に、トリガ-型の発振モ-ドを生ずることが分かり、ガス型の発射線検出器のガス増幅現象により、このモ-ドを説明することが妥当であることが分った。
2.中性子照射された^3HeーNeガスによるレ-ザ-光増幅実験
^3HeーNeガスセルに中性子を照射し、逆転準位を形成させておき、そこに外から^3HeーNeレ-ザ-光を通過させると、このレ-ザ-光が増幅される現象を確認した。この増幅率は中性子照射量とともに増加していくことも確認された。これは、中性子の強度が更に増加すれば、自己レ-ザ-発振(つまり核励起レ-ザ-)に至る前段階の現象である。と予測された。本方式も、放射線トリガ-型のレ-ザ-であると言える。
3.まとめ及び今後の課題
放射線トリガ-型のレ-ザ-発振モ-ドの現象につき、モデルに基づく理解が可能になった。このモデルにより、原子炉内中性子検出法の可能性について検討した。今後は、最適な放射線トリガ-型レ-ザ-発振管の設計の改良と実証が必要である。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1989 - 1990

【配分額】5,900千円 (直接経費: 5,900千円)