化合物半導体及びセラミックスを用いたプラズマ燃焼実験用α粒子検出器の開発

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高温環境下で安定に動作するプラズマ燃焼実験用の化合物半導体型α粒子検出器を上手く製作することができた。高純度の半絶縁性4H-SiC結晶(10mmx10mmx0.4mm)の表面を低エネルギーのプロトンビームで処理した後、結晶両面に電荷収集電極としてAlを約50nm真空蒸着した。この方法で、良好なオーム性接触電極を有する高エネルギー粒子用SiC検出器を製作することができた。試作したSiC検出器は、電極間の電気抵抗が約3xl0^<12>Ωで、160℃の高温下でもバイアス電圧による漏れ電流は十分に小さく、α粒子をS/N良く検出した。検出器の詳細な特性測定のために、試作したSiC検出器には、回路定数を変えることができる特別な電荷増幅器を直結した。特性測定においては、電荷増幅器の出力波高値は十分に大きく、波形の立ち上がり時間も約20nsと速く、α線による生成電子がほとんど陽極に収集されていることが確認できた。このことはこのSiC検出器が非常に安定な動作をしていることを意味している。また、160℃以上の高温下でも、700V以上のバイアス電圧でAm-241のα線(E=548MeV)を約25%のエネルギー分解能で測定することができた。この実験及び測定結果により、試作したSiC検出器が国際熱核融合実験炉(ITER)等のプラズマ診断用α粒子検出器として十分に使用できる見通しが得られた。200℃を越えると漏れ電流が大幅に増加し、α粒子の検出は十分にできるもののエネルギー分解能が大きく低下した。200℃以上の高温環境下では、さらなる漏れ電流増加防止対策が今後の課題である。