Improvement of spatial resolution and detection efficiency of neutron imaging using delay-line superconducting detector

利用延迟线超导探测器提高中子成像的空间分辨率和探测效率

• 批准号: 21H04666
• 负责人: 石田 武和
• 金额: $ 26.71万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04666/
• 关键词: 中性子検出器; 中性子イメージング; 位置分解能; 検出効率; 読出し回路; 読出回路

中性子は軽元素イメージングに適するミクロン級分解能撮像の実現のために、メゾ組織の中性子透過能差を撮像できる10B転換層付超伝導中性子検出器CB-KIDを開発することを計画した。遅延時間型CB-KIDは既存の検出器と比べて特徴がある。すなわち、気体の放電、固体の電子-ホール解離、シンチレータ光を利用する従来技術では数千ボルトの高電圧を必要とし、検出器計測系サイズも大きく動作速度も遅くなる。３Heガスは戦略的物質として入手が困難となっている。CB-KIDは、中性子イベントにより発生する電圧パルスを減衰の少ない超伝導細線導波路に沿って超高速伝搬させ、伝送時間をサブナノ秒の分解能で計測するものであり、バイアス電圧は数ボルトで動作し、わずか八系統の読出であり、検出器材料も入手容易で、放射線耐性もある。①時間デジタル変換回路改良、②対向式八端子検出器化による信号放出位置同定精度向上、③10B転換層厚膜化による検出効率改善、④検出器動作温度最適化による検出効率改善により、現行CB-KIDに比べて位置分解能と検出効率の性能向上を図ることを掲げた。2021年度は、①に関しては、サブナノ秒動作回路に関して予備的な検討を行った。②に関しては、PHITSによるシミュレーションにより八端子CB-KIDの構成の最適化を検討した。③に関しては220nm膜厚の10B転換層の成膜に成功した。④に関しては動作温度を5.0Kに固定する条件での研究に集中した。八端子CB-KIDの製作については、産総研CRAVITYを活用した素子製作の可能性を検討した。また、超伝導検出器を用いるが、クライオスタットの最適設計により室温条件下の試料の中性子イメージングに着手した。

The development of the neutral electron detector CB-KID is planned for the implementation of the neutral electron transmission energy difference image analysis of the neutral electron element and the neutral electron transmission energy difference image of the neutral electron element. The time-delayed CB-KID is not an existing detector, but a characteristic detector. The electron dissociation and light emission of the solid state and the solid state are used to measure the high voltage of the gas and the high speed of the detector measurement system. 3. It is difficult to start with the substance of the strategy. CB-KID is a medium-sized device that generates voltage and reduces attenuation along ultra-high-speed transmission, transmission time, second resolution energy, measurement, operation, system output, easy to start with detector materials, and radiation resistance along ultra-high-speed transmission lines. (1) improvement of time conversion loop;(2) improvement of signal emission position in directional eight-terminal detector;(3) improvement of detection efficiency in 10B thick film;(4) improvement of detection efficiency in detector operation temperature optimization; and (5) improvement of performance in current CB-KID position decomposition. In 2021, we will conduct a review of the preparations for the first and second action circuits. (2) The optimization of the structure of the 8-terminal CB-KID is discussed. (3) The film thickness of 220nm and 10B transition layer were successfully formed. 4. The study focused on the condition that the operating temperature was fixed at 5.0K. 8-terminal CB-KID manufacturing process, production research CRAVITY to use the possibility of sub-production is discussed The optimum design of the sample temperature sensor for the detection of ultraviolet radiation was studied.

项目成果

Experimental Studies on Spatial Resolution of a Delay-Line Current-Biased Kinetic-Inductance Detector

延迟线电流偏置动感探测器空间分辨率的实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: T. D. Vu;H. Shishido;K. Aizawa;T. Oku;K. Oikawa;M. Harada;K. M. Kojima;S. Miyajima;K. Soyama;T. Koyama;M. Hidaka;S. Y. Suzuki;M. M. Tanaka;A. Malins;M. Machida;S. Kawamata;T. Ishida
• 通讯作者: T. Ishida

超伝導中性子検出器による単結晶の中性子イメージング

使用超导中子探测器进行单晶中子成像

• 发表时间: 2023
• 作者: 宍戸寛明 ;The Dang Vu;相澤一也;小嶋健児;小山富男;及川健一, 原田正英;奥隆之; 曽山和彦;宮嶋茂之;日高睦夫;鈴木(山形)聡;田中真伸;川又修一;石田武和
• 通讯作者: 石田武和

Neutron transmission imaging of room-temperature samples by a superconducting detector

超导探测器对室温样品的中子透射成像

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Ishida;T. D. Vu;H. Shishido;K. Aizawa;T. Oku;K. Oikawa;M. Harada;K. M. Kojima;S. Miyajima;K. Soyama;T. Koyama;M. Hidaka;S. Y. Suzuki;M. M. Tanaka;M. Machida;S. Kawamata,
• 通讯作者: S. Kawamata,

Crystalline Orientation of CaF2 window determined by Neutron Transmission Imaging using a Delay Line Current-Biased Kinetic-Inductance Detector

使用延迟线电流偏置动感探测器通过中子透射成像确定 CaF2 窗口的晶体取向

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Shishido;T. D. Vu;K. Aizawa;K. M. Kojima;T. Koyama;K. Oikawa;M. Harada;T. Oku;K. Soyama;S. Miyajima;M. Hidaka;S. Y. Suzuki;M. M. Tanaka;S. Kawamata;T. Ishida
• 通讯作者: T. Ishida

Narrow-area Bragg-edge transmission of iron samples using superconducting neutron sensor

使用超导中子传感器对铁样品进行窄域布拉格边传输

• DOI: 10.1088/1742-6596/2323/1/012028
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Vu The Dang;Shishido Hiroaki;Aizawa Kazuya;Oku Takayuki;Oikawa Kenichi;Harada Masahide;Kojima Kenji M.;Miyajima Shigeyuki;Soyama Kazuhiko;Koyama Tomio;Hidaka Mutsuo;Suzuki Soh Y.;Tanaka Manobu M.;Malins Alex;Machida Masahiko;Ishida Takekazu
• 通讯作者: Ishida Takekazu