シングルイオンヒットのリアルタイム検出を目的とした透過型薄膜ダイヤモンド検出器の開発

Development of transmission charged-particle detectors using thin-film diamond for the real-time observation of single-ion-hitting

加田 渉; Grilj, V.*; Skukan, N.*; 佐藤 隆博; 牧野 高紘; 小野田 忍; 江夏 昌志; 大島 武; Jaki, M.*; 神谷 富裕

Kada, Wataru; Grilj, V.*; Skukan, N.*; Sato, Takahiro; Makino, Takahiro; Onoda, Shinobu; Koka, Masashi; Oshima, Takeshi; Jaki, M.*; Kamiya, Tomihiro

AVFサイクロトロン重イオンマイクロビームラインにおける特徴的な照射技術であるMeV級重イオンの個別照射(シングルイオンヒット)の高度化を目的として、その照射位置の高精度評価を可能にする透過型粒子検出器の開発を行う。生体細胞や半導体試料に対するシングルイオンヒット(イベント)の研究進展には、現行技術と比較して、荷電粒子の照射位置・タイミングをより迅速に、かつ高精度に評価できるリアルタイムのその場検出技術の開発が必要となってきている。本研究では、荷電粒子の大気取出し窓材料として用いることが可能なほど電気的・機械的特性に優れた50mまでの厚さを有する検出器グレードの多結晶及び単結晶ダイヤモンド薄膜を利用し、透過型粒子検出器を製作してその応答について評価を行った。検出器評価には、アルファ線源及び原子力機構高崎量子応用研究所とクロアチアRBI研究所に設置されたタンデム加速器イオンマイクロビームラインを利用した。実験結果では、単結晶薄膜ダイヤモンドを利用した検出器が、エネルギー分解能や検出効率の点で優位な性能を示した。

Transmission particle detectors using thin-film diamond which could have role of beam-extraction window of the heavy ion microbeam line of AVF Cyclotron placed at TARRI, JAEA. The in-situ observation technique using this kind of detectors was newly developed for the individual detection of single-hit of these heavy ions with energy of several MeV used for the research of single ion hit(event) in the living bio-cell or semiconductor devices. In this study, two types of the detectors using spectroscopic-detector-grade poly- and single-crystalline diamond films with thickness of upper 50 m were examined, respectively. In the experiments, the detectors were irradiated by MeV energy alpha-particles from radioisotope sources and also by heavy ion microbeams at TARRI of JAEA and RBI. It was examined that the thin-film single-crystalline diamond detector respond to particle irradiation with energy of several MeV better, in respect of the energy resolution and the detection efficiency.