Evaluation of CVD diamonds for a DT neutron energy spectrometer

DT中性子エネルギースペクトロメーター用のCVDダイヤモンドの評価

佐藤 圭*; 金子 純一* ; 藤田 文行*; 垣本 明徳*; 坪内 信輝*; 杢野 由明*; 茶谷原 昭義*; 佐藤 聡; 今野 雄太*; 本間 彰*; 鹿田 真一*; 古坂 道弘*

Sato, Kei*; Kaneko, Junichi*; Fujita, Fumiyuki*; Kakimoto, Akinori*; Tsubouchi, Nobuteru*; Mokuno, Yoshiaki*; Chayahara, Akiyoshi*; Sato, Satoshi; Konno, Yuta*; Homma, Akira*; Shikata, Shinichi*; Furusaka, Michihiro*

DTプラズマイオン温度測定のためのC(n,)Be反応を用いたダイヤモンドエネルギースペクトロメーターの開発の一環として、産業技術総合研究所において基板用途向けに10%の高メタン濃度で合成された大型CVD単結晶ダイヤモンド自立膜から検出器を合成し、原子力機構の核融合中性子源(FNS)で、14MeV中性子に対する応答関数を測定した。併せて、エレメントシックスで合成されたエレクトロニクスグレードダイヤモンドから製作した検出器に関しても、応答関数を測定した。その結果、いずれの検出器でも、14MeV中性子に対して4%程度のエネルギー分解能が得られ、メタン濃度10%の条件であっても、エネルギースペクトロメーターグレードの結晶が合成可能であることがわかった。

As a part of development of diamond energy spectrometers using the C(n,)Be reaction for DT plasma ion temperature measurement, response functions measurement of chemical vapor deposition (CVD) single crystal diamonds for alpha particles and 14 MeV neutrons were carried out. One diamond sample was synthesized by the national institute of advanced industrial science and technology (AIST) aiming at a large size and high-quality substrate for electric device with higher methane concentration of 10%. This diamond crystal was chosen according to intensity of free exciton recombination luminescence. In addition, a CVD single crystal diamond, categorized in "detector grade" synthesized by Element 6 Inc. was evaluated. Response function measurement of 14 MeV neutrons were carried out at the Fusion Neutronic Source facility of Japan Atomic Energy Agency. Energy resolutions of 4.3% and 5.2% for the C(n,)Be reaction were obtained by the two CVD diamond single crystals. In general, energy spectrometer grade CVD diamond single crystals are grown using lower methane concentration, i.e., 1%. However, these results revealed that even higher methane concentration of 10% can grow energy spectrometer grade CVD diamond single crystals.