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須藤 智子*; 大橋 一利*; 佐藤 俊麿*; 太田 英二*; 岡安 悟; 須貝 宏行
Physical Review B, 71(4), p.045211_1 - 045211_7, 2005/01
被引用回数：1 パーセンタイル：7.19(Materials Science, Multidisciplinary)高濃度ボロンドープしたダイヤモンド半導体単結晶にタンデム加速器からの150MeVリンイオンを照射することにより、ダイヤモンド半導体単結晶の電気抵抗率が30K以下でのみ増加することを見いだした。さらに、この高濃度ボロンドープした人工ダイヤモンド結晶の電気抵抗率と1/fノイズスペクトルを20Kから300Kまで測定し、30Kから60Kまでは10meVのエネルギー幅を持つハードギャップが存在し、30K以下では6meVのエネルギー幅を持つWignerギャップが存在することを明らかにした。リンイオン照射による30K以下での抵抗率増加は、結晶の乱れに起因するWignerギャップの消失によると考えられる。以上の結果から、70年前にWignerが予想した、3次元個体中で伝導電子が規則配列した状態であるWigner格子が、30K以下の高濃度ボロンドープした人工ダイヤモンド単結晶中で実現していることを示した。
森本 泰臣*; 佐々木 政義*; 木村 宏美*; 坂本 慶司; 今井 剛; 奥野 健二*
Fusion Engineering and Design, 66-68, p.651 - 656, 2003/09
被引用回数：3 パーセンタイル：25.75(Nuclear Science & Technology)核融合炉の高周波加熱・電流駆動装置では、高周波(電磁波)をトーラスに入射するための窓が不可欠で、その真空封止窓の材料として人工ダイヤモンドが注目されている。この人工ダイヤモンドのイオン照射や加熱による化学状態変化を、X線光電子分光法(XPS)により調べた。加熱前後のC 1sの結合エネルギーの変化から、高温加熱により、ダイヤモンド構造が、グラファイト化することが、明らかとなった。さらに、Ar
照射により、化学状態が複雑な挙動を示すことがわかった。
西谷 健夫
Isotope News, (569), p.2 - 4, 2001/10
ダイヤモンドは、高温や高い放射線環境下でも作動し得ることから、ITER等の厳しい環境下で動作する放射線検出器としての応用が期待されている。しかし市場に流通している人工ダイヤモンドでは不純物が多くて問題がある。そこで、不純物の低減化が容易とされる化学気相合成(CVD: Chemical Vapor Deposition)法を用いた人工ダイヤモンドの使用を試みてきた。最初のCVDダイヤモンドは多結晶体であったため荷電粒子の捕獲・損失が無視し得なかった。今回、単結晶のCVDダイヤモンドの合成を実現し、世界で初めて放射線検出器としての動作に成功した。
今井 剛; 小林 則幸*; Temkin, R.*; Thumm, M.*; Tran, M. Q.*; Alikaev, V.*
Fusion Engineering and Design, 55(2-3), p.281 - 289, 2001/07
被引用回数：52 パーセンタイル：94.91(Nuclear Science & Technology)ITERの加熱電流駆動装置の主要候補の一つである電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置の実現に不可欠な170GHzの1MWジャイロトロンと真空窓の開発に関して、ITER・EDA期間中に得られた、4極(日本,EU,ロシア,米国)の開発成果をまとめたものである。EDA前には、困難と考えられていた性能を、エネルギー回収技術や人工ダイヤモンド窓技術等の開発により、EC加熱電流駆動装置に必要な1MW,連続の170GHzの発振・伝送技術を可能にした。
田中 照也; 金子 純一; 竹内 大輔*; 角谷 均*; 片桐 政樹; 西谷 健夫; 竹内 浩; 飯田 敏行*; 大串 秀世*
Review of Scientific Instruments, 72(2), p.1406 - 1410, 2001/02
被引用回数：8 パーセンタイル：46.74(Instruments & Instrumentation)従来の高純度IIa型ダイヤモンド放射線検出器では、結晶中の不純物に起因する電荷キャリアの捕獲が問題となっていた。そこで今回、窒素不純物を従来の1/10(0.1ppm)に低減した高圧高温合成超高純度IIa型ダイヤモンド結晶を用いてダイヤモンド放射線検出器を製作した。正孔のドリフトが信号形成の主体となる条件で測定した5.486MeV
線のエネルギースペクトル中に複数のピークが観測された。このことは、結晶中に特性の異なる複数の領域が存在していることを示す。そのうちの一つのピークは、従来の高純度IIa型ダイヤモンド検出器と比較して、370nmの紫外光照射の影響を受けにくかったことから、結晶の一部分は不純物の影響が少なく、検出器製作に適した特性を持っている可能性が高い。
今井 剛; 坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 庄山 裕章; 池田 幸治; 池田 佳隆; 梶原 健; 藤井 常幸; et al.
平成12年度電気学会原子力研究資料(NE-00-4), p.19 - 24, 2000/09
原研が、ITER及びJT-60U用に開発しているミリ波(100-200GHz帯)の大電力、長パルス、高効率ジャイロトロンの開発成果について報告する。人工ダイヤモンド窓により、大電力、長パルスが可能となり、また、エネルギー回収により、高効率が可能となった。これらの技術を最適化して、170GHz、1MWで50%の発振を達成し、また、長パルスでは、110GHzで、1MW,3秒,170GHzでは、約500kWで8秒の出力を得ている。
藤井 常幸; 今井 剛
Strong Microwaves in Plasmas 2000 Vol.2, p.615 - 628, 2000/00
最近の原研における電子サイクロトロン波帯(ECRF)コンポーネント及び同システムの開発について発表する。人工ダイヤモンドを使用した出力窓を持つITER用の原型ジャイロトロンを開発し、170GHzにおいて出力450KW/8秒の世界最高値を達成した。一方、実際の装置環境での使用を調査するため、JT-60Uを想定して110GHzジャイロトロンを試作し、現在までに1MW/0.5秒、0.3MW/5秒の出力を確認している。人工ダイヤモンドは高熱伝導率を有する等、中心部で高い出力密度の伝送に有利なガウス分布出力を可能とし、実際、出力窓からアンテナまでの伝送において高効率伝送(約75%)を実証した。試作コンポーネント等を用いた予備的なシステム開発ではJT-60Uに0.7MW/0.6秒の入射を行い、電子温度が約2.5keV上昇する等、顕著な電子加熱を観測した。
坂本 慶司; 春日井 敦; 庄山 裕章; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 梶原 健; 池田 佳隆; 假家 強*; 満仲 義加*; et al.
信学技報, 99(498), p.37 - 42, 1999/12
原研では、ITERやJT-60U等の大型トカマクの電子サイクロトロン共鳴及び電流駆動(ECH/ECCD)装置の発振源として、100GHz帯のジャイロトロン開発を行っている。これまでに、エネルギー回収を行い、ジャイロトロンで初めてとなる効率50%の達成、超高次モードを用いた1MW発振の成功、人工ダイヤモンドを用いた数MW、連続出力で使用可能な真空封じ窓の開発、及びこれを用いたジャイロトロンの開発等の成果を得てきた。
今井 剛; 坂本 慶司
NEW DIAMOND, 15(1), p.26 - 27, 1999/11
原研におけるミリ波帯の大電力出力用ダイヤモンド窓の開発の進展について概要を述べる。ダイヤモンドはミリ波帯での伝送損失(発熱)が極めて小さく、熱伝導率が極めて高いことから、理想的な出力窓であったが大口径の板状の高品質人工ダイヤの製造が難しかった。最近大口径の厚肉のものが製造可能となり、その特性を生かした人工ダイヤモンド窓の開発に成功した。さらに、その窓を大電力のミリ波の発振器であるジャイロトロンに適用し大きな成果を挙げた。
坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 今井 剛; 假家 強*; 満仲 義加*
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.208 - 212, 1999/01
被引用回数：68 パーセンタイル：94.41(Instruments & Instrumentation)大型の人工ダイヤモンドを用いたジャイロトロン用大電力電磁波出力窓を開発し、170GHzジャイロトロンへの搭載に成功した。人工ダイヤモンドは、熱伝導が1800W/mK以上と非常に大きく(銅の約5倍)、電磁波の吸収係数も従来材料に比べ低い。このため、従来、出力窓の急激な温度上昇により制限されていたジャイロトロン出力の大幅な向上が期待できる。ここで用いた出力窓の口径は83mm、厚みは2.23mmである。除熱構造は、熱伝導が高いため、周辺を水で冷却する方式とし、従来除熱のため窓を2枚用いて間に冷却材を流していたいわゆる表面冷却構造に比べ、大幅に簡素化され、信頼性が向上した。この窓を用いたことにより、ジャイロトロン出力として520kWで6.2秒、450kWで8秒を得、窓温度の上昇も約5秒で安定化した。これは、170GHzジャイロトロンの長パルス動作の限界であった出力170kWを大幅に上回るものであり、同時に出力エネルギーの世界記録を更新するものである。また、実験では500kWで1秒以上の動作1300回、累積出力エネルギー1.3GJを行い、出力窓及びジャイロトロンともに問題は生じなかった。
金子 純一; 池田 裕二郎; 西谷 健夫; 片桐 政樹
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.1100 - 1103, 1999/01
被引用回数：22 パーセンタイル：77.35(Instruments & Instrumentation)ダイヤモンド放射線検出器は
C(n,)
Be反応を用いることで14-MeV中性子エネルギースペクトロメータとして動作する。さらにダイヤモンド放射線検出器はコンパクトサイズ、高検出効率、十分な耐放射線性等の優れた特長を持つ。そこでダイヤモンド放射線検出器はITERにおけるプラズマイオン温度分布測定システム用14-MeV中性子エネルギースペクトロメータの有力候補と考えられている。最近の結晶合成技術の進歩により、高純度単結晶ダイヤモンドの入手が可能になってきている。それらの結晶を用いて放射線検出器を試作し、14-MeV中性子に対する応答関数測定を行った。その結果C(n,)Be反応で生じたピークを人工ダイヤモント放射線検出器として初めて観測することに成功した。
金子 純一; 片桐 政樹; 池田 裕二郎; 西谷 健夫
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 422, p.211 - 215, 1999/00
被引用回数：24 パーセンタイル：83.9(Instruments & Instrumentation)ダイヤモンド放射線検出器の分極現像を抑制するため、イオン注入法に代わる照射損傷のない方法として、合成ダイヤモンド単結晶上にボロンをドープしたCVDダイヤモンド層を成長させ電極として使用することを試みた。試作した検出器は5.486MeV線に対して0.39%の高いエネルギー分解能を持ち、エネルギー分解能を保持したまま、50cps以上の計数率で安定して測定を行うことができた。一般にボロンをイオン注入法でダイヤモンドに打ち込んで作製した電極はインジェクション電極として説明されてきたが、本検出器ではブロッキング電極として動作していることがわかった。
今井 剛; 坂本 慶司
EMC: electro magnetic compatibility: solution technology: 電磁環境工学情報, (127), p.27 - 34, 1998/11
ミリ波帯の大電力の発振管であるジャイロトロンについて、原研における最近の研究開発の成果を中心に、原理、開発経緯と現状、応用と今後の展望について述べる。特に、原研が世界に先駆けて技術開発に成功したエネルギー回収による高効率化と人工ダイヤモンド窓による高出力化の成果について報告する。
金子 純一; 片桐 政樹; 池田 裕二郎; 西谷 健夫
Advanced Materials'98;Advanced Materials Research Utilizing Extreme Conditions, p.257 - 260, 1998/00
人工ダイモンドを用いた放射線検出器を開発した。すべてのタイプのダイヤモンド放射線検出器が線に対して感度をもった。特にIIa型ダイヤモンドを用いた放射線検出器はエネルギースペクトロメータとして使用可能なエネルギー分解能を持った。しかし最も高純度なIIa型単結晶ダイヤモンドを用いた放射線検出器でも電子に対する電荷捕獲が顕著に観測され、結果として分極現象が生じた。分極現象を抑制する方法としてボロンドープCVDダイヤモンド電極を適用し、シリコン表面障壁型半導体検出器とほぼ同等なエネルギー分解能を持ちながら、実用的な計数率で規定可能な検出器の開発に成功した。
金子 純一; 片桐 政樹; 池田 裕二郎; 西谷 健夫
Radiation Detectors and Their Uses, p.259 - 263, 1998/00
IIa型人工ダイヤモンド放射線検出器に5.486MeV線を入射した場合の電荷有感型前置増幅器出力信号について解析を行った。厚さ0.1mmの検出器ではトラッピング・デトラッピング効果による低速成分のない信号が観測された。一方電子に対して顕著なトラッピングが生じていることがわかった。この結果、最悪の場合分極現象が生じ測定を行うことが不可能となる。この問題を解決するため、ボロンドープCVDダイヤモンド層をIIa型ダイヤモンドの上に成長させ、電極として使用することを試みた。その結果、シリコン表面障壁型半導体検出器と同等なエネルギーの分解能をもち、実用的な計数率で測定可能な検出器の開発に成功した。
