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Development of radiation resistant camera system

耐放射線性カメラの開発

武内 伴照; 大塚 紀彰; 渡辺 恭志*; 上柳 智裕*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦

Takeuchi, Tomoaki; Otsuka, Noriaki; Watanabe, Takashi*; Kamiyanagi, Tomohiro*; Komanome, Hirohisa*; Ueno, Shunji*; Tsuchiya, Kunihiko

福島第一原子力発電所事故の教訓から、耐放射線性を有する監視カメラシステムの開発を開始した。本研究では、耐放射線性向上のために、イメージセンサの開発及び$$gamma$$線照射特性を調べた。イメージセンサの構造として、3トランジスタかつフィールドプレート(3TPD)及びフォトゲート(3TPG)型と、4トランジスタかつフォトゲート(4TPG)型の3種類を設計・試作した。これらのセンサをコバルト60照射施設で室温において約1kGy/hで70kGyまで照射した。この結果、照射後画像の劣化要因である暗電流は、50kGy以上では4TPGが最も大きく、3TPG型が最も小さかった。その結果、4TPGでは暗電流の急増によって感度がほとんど消失した。一方、3トランジスタ型では、50kGy以上でも使用可能な感度を有しているとともに、3TPD型よりも3TPG型の感度が高かった。以上から、3種のイメージセンサのうち、3TPG型が暗電流及び感度特性において$$gamma$$線照射による劣化が最も抑制できる可能性が示された。

In response to the lesson of the accident at the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant, we started a development of a radiation resistant monitoring camera system. In this study, improvement of radiation resistance of the imaging sensor was addressed as the main target. Three different types of CMOS image sensors with field plate structure and three transistors (3TPD), photogate structure and three (3TPG) or four transistors (4TPG) were designed and fabricated. The sensors were irradiated up to 70 kGy at the $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray irradiation facility at Takasaki Advanced Radiation Research Institute in Japan Atomic Energy Agency. After irradiation, the dark current of the 4TPG rapidly increased and excessed that of the 3T types at least by 50 kGy. The large increase of the dark current of the 4TPG resulted in almost no sensitivity at least by 50 kGy. On the other hand, the sensitivities of the 3T types remained usable values and 3TPG had larger sensitivity than 3TPD after 50 kGy. As the results, the 3TPG sensor was revealed to be the most advantageous one in terms of dark current and sensitivity among the fabricated three sensors.

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