半導体計測器の核融合生成中性子照射下での感度特性変化一般式の確立及びその実証実験

聚变中子辐照下半导体测量仪器灵敏度特性变化通用公式的建立及论证实验

• 批准号: 14780388
• 负责人: 小波蔵 純子
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780388/
• 关键词: 半導体検出器; 中性子損傷; 核融合中性子源; シンクロトロン放射光; 半導体検出器感度; DT核融合; 中性子フルエンス; X線トモグラフィ

これまでに我々は、中性子照射量の増大に伴う半導体検出器X線感度の劣化、また検出器印加電圧の増大に拠る感度の改善等を明らかにし、これらの物理機構が、我々が提唱した「半導体検出器新感度理論」の描像とコンシステントであることを示し、2つのキー・パラメータ、即ち、「信号電荷三次元拡散長」並びに「空乏層厚」が、中性子損傷を受けた半導体感度に対しても主要な本質的パラメータであることを明らかにした。本研究では、p型半等体(p型は中性子照射に強いと考えられている)、並びにn型半導体(n型は廉価でプラズマ計測に広く用いられている)に対する中性子照射効果の差異、また今後の中性子環境下での実用性を調べるために、中性子フルエンス0.1〜100×10^<13>n/cm^2の範囲で原研FNSに於いて照射実験を実施し、半導体X線感度変化と中性子照射量の相関の系統的データ収集を行った。この一連のDT中性子照射実験による、n型、並びにp型シリコン半導体検出器の中性子照射量に対するX線感度特性の評価・比較について以下の結果が得られた。(i)JETで用いているn型X線トモグラフィ検出器の中性子照射積分量に対するX線感度変化データより、n型半導体のX線感度変化の「非線形的振舞い」、即ち「X線感度は、ある中性子照射量の範囲に於いて照射量増大に伴い一時的に増大し、その後減少する」ことが見出されたのに対し、(ii)p型では、n型と同様に照射前に対する感度劣化は見られるものの、n型の非線形的な振る舞いと異なり、「照射量増大に対し緩やかな単調劣化を示す」ことが定量的に確認された。(iii)また、今回用いたp型半導体では、10^<15>n/cm^2を超える照射に対しても、照射前に比べ80%程度の感度を保つことが明らかとなった。これらの結果は、n型に比しp型半導体の優れた耐放射線特性を示すデータと位置づけられる。

The increase in the radiation dose of the semiconductor detector is accompanied by the deterioration of the X-ray sensitivity of the semiconductor detector, the increase of the voltage of the detector, the improvement of the sensitivity, etc. The physical mechanism of the semiconductor detector is also mentioned in the description of the new sensitivity theory of the semiconductor detector. The semiconductor sensitivity of the semiconductor is mainly due to the damage caused by the ultraviolet radiation. This research aims to compare the differences in the effectiveness of neutral irradiation between p-type semiconductors (which are strong candidates for neutral irradiation) and n-type semiconductors (which are widely used in low-cost semiconductor measurement), and to adjust the practicality in neutral environments in the future. In the range of 0.1~100 × 10 ^n/cm^2, the original research FNS will be used to implement neutral irradiation and collect data from systems related to the change of semiconductor X-ray sensitivity and neutral irradiation.<13>The evaluation and comparison of X-ray sensitivity characteristics of semiconductor detectors with intermediate sub-irradiation of DT, n-type and p-type are presented below. (i) X-ray sensitivity variation of JET with medium and n-type X-ray detector for integrated amount of medium and sub-irradiation, X-ray sensitivity variation of n-type semiconductor for "non-linear oscillation," i.e.,"X-ray sensitivity, range of medium and sub-irradiation increases with increasing amount of medium and decreases with increasing amount of medium and sub-irradiation,"(ii) p-type X-ray detector for integrated amount of medium and sub-irradiation,(iii) X-ray sensitivity variation of n-type semiconductor for integrated amount of medium and sub-irradiation. The sensitivity degradation of n-type and non-linear vibration before irradiation is confirmed quantitatively. (iii)The sensitivity of the p-type semiconductor used today is 10 ^n/cm^2 and 80% before irradiation.<15>As a result, n-type semiconductors have superior radiation resistance characteristics than p-type semiconductors.

项目成果

M.Hirata, J.Kohagura et al.: "A novel electrostatic ion-energy spectrometer by the use of a proposed "self-collection" method for secondary-electron emission from a metal collector"Review of Scientific Instruments. Vol.74. 1913-1916 (2003)

M.Hirata、J.Kohagura 等人：“一种新型静电离子能量光谱仪，采用拟议的“自收集”方法从金属收集器发射二次电子”科学仪器评论。

T.Cho et al.: "Sheared Radial Electric-Field Effects on Turbulence Suppression due to Doubly Advanced Potential-Height Formation"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.80, No.2. 81-82 (2004)

T.Cho 等人：“由于双重先进势高度形成，剪切径向电场对湍流抑制的影响”等离子体与聚变研究杂志。

J.Kohagura et al.: "Calibration experiments of ^3He neutron detectors for analyzing neutron emissivity in the hot-ion mode on the GAMMA 10 tandem mirror"Review of Scientific Instruments. Vol.74. 1757-1760 (2003)

J.Kohagura 等人：“用于分析 GAMMA 10 串联镜上热离子模式中子发射率的 ^3He 中子探测器的校准实验”科学仪器评论。

J.Kohagura et al.: "Ceffects of Fusion Produced Neutrons on Semiconductor Detectors"Transactions of Fusion Science and Technology. Vol.43, No.1T. 271-273 (2003)

J.Kohagura 等人：“聚变产生的中子对半导体探测器的影响”聚变科学与技术汇刊。

M.Yoshida et al.: "Spatial Profile Measurements of Ion-Confining Potentials Using Novel Position-Sensitive Ion-Energy Spectrometer Arrays"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Vol.513. 99-102 (2003)

M.Yoshida 等人：“使用新型位置敏感离子能谱仪阵列对离子限制势进行空间剖面测量”《核仪器和物理研究方法》A. Vol.513。