超伝導転移端センサを用いた生体γ線コンプトンイメージングの開発

使用超导跃迁边缘传感器开发生物伽马射线康普顿成像

• 批准号: 14J10681
• 负责人: 畠山 修一
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J10681/
• 关键词: γ線精密測定; γ線TESマイクロカロリメータ

本研究は、生体γ線コンプトンイメージングへの応用を想定して、従来の半導体検出器と比較してエネルギー分解能が二桁以上向上可能な超伝導転移端センサ型マイクロカロリメータ(TES)を用いて、100keV付近のγ線を優れたエネルギー分解能で高感度に検出する要素技術の確立を目的に研究を行った。今年度は、イメージング位置情報の取得と検出効率の向上をめざし、８ピクセルでのTESアレイ検出素子の設計・作製・検出性能の評価を行った。また、非破壊での核分裂生成物試料精密測定結果を、2014年6月にSymposium on Radiation Measurements and Applications(SORMA XV)において発表した。そして、応用物理学会講演奨励賞を受賞し第75回応用物理学会秋季学術講演会において招待講演を行った。本研究で開発した８ピクセルアレイのTESマイクロカロリメータは、放射線入射により錫吸収体で生じたフォノンを高効率に超伝導温度センサに伝達するため、超伝導薄膜上に熱伝導率の極めて高いAuバンプ製ポストを設置している。これにより、従来のエポキシ製ポストと比較してAuバンプ製ポストγ線TESは5倍以上の高い信号波高値と3倍速い減衰時定数を達成し、高 S/N 比と高計数率特性の両立を実現した。また、機械的振動ノイズを低減させたGM分離型希釈冷凍機内に８ピクセルアレイγ線TESマイクロカロリメータ検出システムを構築し、γ線照射実験から59.5 keVのγ線に対して84 eV FWHMを得た。これは、従来γ線コンプトンイメージングに用いられてきたGe半導体検出器の理論的エネルギー分解能と比較して6倍以上優れた分光性能である。これにより、散乱及び全吸収エネルギーの正確な把握につながり、約0.2°の角度分解能が得られ、170 μm程の空間分解能で生体γ線コンプトンイメージングが実現可能となる見込みを得た。

は this study, the raw body gamma line コ ン プ ト ン イ メ ー ジ ン グ へ の 応 with を scenarios し て, 従 検 の semiconductor extractor と compare し て エ ネ ル ギ ー decomposition can be more than two girder が may な super 伝 guide planning to move upward side セ ン サ type マ イ ク ロ カ ロ リ メ ー タ (TES) を い て, pay nearly 100 kev の gamma line を optimal れ た エ ネ ル ギ ー can decompose で に Gao Gan degrees Youdaoplaceholder0 out する element technology 検 establish を purpose に study を line った. Our は, イ メ ー ジ ン グ location intelligence の obtain と の 検 out working rate upward を め ざ し, 8 ピ ク セ ル で の TES ア レ イ 検 child の design, as a system, the element の 検 out performance evaluation 価 を line っ た. Youdaoplaceholder0, precision measurement results of non-breaking 壊で nuclear fission product samples を, June 2014 にSymposium on Radiation Measurements and Applications(SORMA XV)にお て て release of た た. そ し て bonus reward を 応 use physical society speaking, who し 75th 応 back with physical society academic papers which fall に お い て entertaining speeches を line っ た. This research で open 発 し た 8 ピ ク セ ル ア レ イ の TES マ イ ク ロ カ ロ リ メ ー タ は, radiation incident に よ り tin 収 absorbers で raw じ た フ ォ ノ ン を に ultra high working rate 伝 guide temperature セ ン サ に 伝 da す る た め, super 伝 membrane に hot 伝 conductivity の め て high い Au バ ン プ system ポ ス ト を set し て い る. こ れ に よ り, 従 の エ ポ キ シ system ポ ス ト と compare し て Au バ ン プ system ポ ス ト high gamma line more than five times as much as TES は の い い signal wave numerical と 3 times higher speed when the damping constant を reached し, high S/N ratio と high count rate features の struck made を be presently し た. ま た, mechanical vibration ノ イ ズ を low cut さ せ separated type た GM Mr 釈 refrigerator に within 8 ピ ク セ ル ア レ イ gamma line TES マ イ ク ロ カ ロ リ メ ー タ 検 out シ ス テ ム を building be し, gamma irradiation 験 か ら 59.5 keV の gamma line に し seaborne て 84 eV FWHM を た. こ れ は, 従 to gamma コ ン プ ト ン イ メ ー ジ ン グ に with い ら れ て き た Ge semiconductor 検 extractor の theory エ ネ ル ギ ー decomposition can と more し て 6 times more optimal れ た spectral performance で あ る. こ れ に よ り, scattered and び 収 エ ネ ル ギ ー の な grasp に つ な が り, about 0.2 ° Angle の decomposition can が ら れ, 170 mu m cheng の space decomposition can で raw body gamma line コ ン プ ト ン イ メ ー ジ ン グ が may be presently と な る see 込 み を た.

项目成果

錫バルク放射線吸収体を用いた高エネルギー分解能TESによる核物質精密測定

使用锡块辐射吸收剂通过高能量分辨率 TES 精确测量核材料

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Hatakeyama;T. Irimatsugawa;M. Ohno;R. M. T. Damayanthi;C. Otani;and T. Maekawa;田山 淳・西郷達雄・小川さやか・新川広樹・富家直明;畠山修一
• 通讯作者: 畠山修一

Gamma-ray Spectrometer based on Superconducting Transition Edge Sensor for Nuclear Materials Analysis

用于核材料分析的基于超导跃迁边缘传感器的伽马射线能谱仪

• 发表时间: 2014
• 作者: Tetsunori Morishita;Tomonaga Ueno;Gasidit Panomsuwan;Junko Hieda;Akihito Yoshida;Maria Antoaneta Bratescu and Nagahiro Saito;川田 愛・金城勝大・富山広大・西塚拓海・新川広樹・富家直明;S. Hatakeyama
• 通讯作者: S. Hatakeyama

Development of Hard X-ray and Gamma-ray Detector With Transition Edge Sensor for Nuclear Materials Analysis

• DOI: 10.1109/tasc.2014.2374873
• 发表时间: 2015-06
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: S. Hatakeyama;T. Irimatsugawa;M. Ohno;H. Takahashi;R. Damayanthi;C. Otani;T. Maekawa

超伝導転移端センサによる革新的γ線コンプトンイメージングの開発

使用超导过渡边缘传感器开发创新的伽马射线康普顿成像

• 发表时间: 2014
• 作者: 森下哲典;上野智永;齋藤永宏;西塚拓海・新川広樹・富家直明;畠山修一
• 通讯作者: 畠山修一