Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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

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。

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

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。

MSGC / 比例計数管 / PSD / 位置検出器 / X線 / FADC / ヒビ例計数管

光子計数型の放射線画像検出器は入射放射線強度検出の定量性に優れ、リアルタイムで多くの情報が得られる等の利点がある。微細加工技術を利用したマイクロストリップガス検出器(MSGC)においては、電極構造を自由に設計できるという利点があるので、CADを利用してカソードの形状を工夫することを考え、通常の平行配置とは異なる配置をもつアノード・カソードによるMSGCの特性改善を試みた。
本年度は、アノード・カソードの間に新たにグリッドを導入した電極パターンを考案・設計し、粒子のアノードに平行な方向の入射位置に応じてカソードにおける電荷収集時間が異なる信号が得られるような検出器を試作した。この場合グリッドを導入することで、カソード形状に関わらずアノード付近の電場を一様にし、有感領域全体にわたって増幅度を均一にする効果がある。アノードに対して直角な方向の位置検出は従来用いられている電荷分割法などにより可能であるので、このような構造で表面の電極のみで2次元の位置検出ができることになる。X線照射で原理の実証を行った後に、HIMACにおいて400MeVのNeビームをコリメートして試作検出器に照射し、測定を行ったところ、位置に応じた信号ピークを観測した。現状では位置分解能は2mmFWHM程度であるが、今後電極形状の最適化を行うことで改善が可能であると考えられる。これらの研究成果は、日本原子力学会1998年秋の大会、1998 IEEE Nuclear Science Symposium等において発表した。なお、グリッドの導入がMSGCの電極構造に対して新たな柔軟性を与えることが分かったので、更にグリッドを効果的に利用するよう、アノードのごく近傍から10μm程度のギャップを介して多数本のグリッドを配置し、それぞれ電位を与えるマルチダリッド構造を考案し、高計数率時の特性改善を試みている。

【研究分担者】
高橋浩之	東京大学	大学院・工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
藤田薫	東京大学	大学院・工学系研究科	特任助手	(Kakenデータベース)
雨宮邦昭	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
河原林順	名古屋大学	大学院工学研究科	助教授	(Kakenデータベース)
藤田薫	東京大学	大学院工学系研究科	特任助手	(Kakenデータベース)
雨宮邦昭	東京大学	大学院工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)