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論文

Development of a neutron-imaging detector based on pulse-height correlation between two superconducting tunnel junctions on a Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$ crystal

中村 龍也; 片桐 政樹; Chen, Y. E.*; 浮辺 雅宏*; 大久保 雅隆*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 559(2), p.766 - 768, 2006/04

https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.12.131
 被引用回数：13 パーセンタイル：65.83(Instruments & Instrumentation)

Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$単結晶上に製作した2つの超伝導トンネル接合素子(STJ)フォノンセンサによる波高相関型中性子イメージング検出器の開発を進めている。本検出器では、単結晶基盤の構成元素である$$^{6}$$Liあるいは$$^{10}$$Bと中性子の核反応の結果生じる励起フォノンを結晶表面に製作されたSTJ素子により計測することで中性子を検出し、2つの素子からの波高相関により入射位置を決定する。熱中性子に対してほぼ100%の検出効率、低バックグランド、数10$$mu$$mの位置分解能、数$$mu$$sの時間応答、耐放射線性が期待できる。今回われわれは試作した検出器の特性を冷中性子ビームを用いて検証した。その結果、製作した二つのSTJ素子の波高相関測定から位置検出可能であることを確認したので報告する。

論文

Discrimination of neutrons and $$gamma$$ ray by a neutron detector comprising a superconducting tunnel junction on a single crystal of Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$

中村 龍也; 片桐 政樹; 曽山 和彦; 浮辺 雅宏*; 池内 隆志*; 大久保 雅隆*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.402 - 404, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.05.020
 被引用回数：8 パーセンタイル：48.81(Instruments & Instrumentation)

Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$単結晶上に製作した超伝導トンネル接合素子(STJ)による低温中性子検出器の中性子/$$gamma$$線弁別性能を評価した。本検出器はLiあるいはBでの中性子核反応の結果励起される多数の低エネルギーフォノンを単結晶表面に製作されたSTJ素子により測定することで中性子を検出する。本検出器のX線(5.9keV),$$gamma$$線(1.17, 1.33MeV)、及び中性子に対する放射線応答特性を詳細に測定した結果、STJ素子のフォノン検出信号波形の立ち上がり時間が放射線種により異なることを初めて明らかにし、この特徴を利用することで$$gamma$$線,X線などのバックグランド信号と中性子信号とを簡便に弁別できることを確認した。

論文

Neutron detection by superconducting tunnel junctions on a Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$ single-crystal absorber

中村 龍也; 片桐 政樹; 浮辺 雅宏*; 池内 隆志*; 大久保 雅隆*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 520(1-3), p.67 - 69, 2004/03

https://doi.org/10.1016/j.nima.2003.11.222
 被引用回数：28 パーセンタイル：84.49(Instruments & Instrumentation)

Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$単結晶上に製作した超伝導トンネル接合素子(STJ)により中性子を検出することに成功した。本検出器は、中性子核反応($$^{6}$$Li+n$$rightarrow$$T+$$alpha$$+4.78MeV、あるいは、$$^{10}$$B+n$$rightarrow$$$$^{7}$$Li+$$alpha$$+2.3MeV)の結果励起される多数のフォノンを単結晶表面に製作された超伝導トンネル接合素子により検出することで中性子を検出する。LBO単結晶は、中性子吸収断面積の大きい$$^{6}$$Li, $$^{10}$$Bから構成され、かつ、低原子番号の元素により構成されていることから、ほぼ100%に近い検出効率と低バックグランドが実現される。また、核反応の結果生じる二次粒子の飛程が短いため、直列接合型STJ素子、あるいは、STJアレイ群によりイメージング検出器を構成すると数ミクロン以下の高位置分解能も期待できる。われわれは上述の検出器を製作し、中性子検出に供することができることを実証した。さらに1.3mmの距離をおいて製作した二つのSTJ素子の波高相関測定から、中性子位置検出器としても動作可能であることを確認している。

論文

Research of superconducting tunnel junction X-ray detectors with direct signal observation method using a fast current readout system

岸本 牧; 片桐 政樹; 中村 龍也; 大久保 雅隆*; 浮辺 雅宏*; 倉門 雅彦*; 神野 郁夫*; 福田 大治*; 高橋 浩之*; Kraus, H.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 444(1-2), p.124 - 128, 2000/04

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(99)01343-1
 被引用回数：4 パーセンタイル：36.74(Instruments & Instrumentation)

超伝導トンネル接合X線検出器のトンネル接合部における準粒子の流れを正確に調べるためには、直接接合部を流れる電流を測定する必要がある。そこでわれわれは110MHzという非常に広い周波数帯域を持つ超高速電流アンプを開発し、TuSTJとNbSTJを用いたX線検出実験に用いた。その結果、従来の電荷増幅型アンプではわからなかった、トンネル接合部での準粒子の流れを直接観測することができるようになった。

論文

Quantitative evaluation of the quantum efficiency of a superconducting tunnel junction with the multiple scattering process model of primary photoelectrons

浮辺 雅宏*; 岸本 牧; 片桐 政樹; 倉門 雅彦*; 中村 龍也*; 中沢 正治*

Japanese Journal of Applied Physics, 37(SUPPL.37-2), p.46 - 51, 1998/00

https://doi.org/10.1143/JJAP.37.L46
 被引用回数：11 パーセンタイル：48.88(Physics, Applied)

超伝導トンネル接合素子のエネルギー分解能や検出効率を改善するには、素子内でのX線信号生成過程(光電子エスケープ、準粒子再結合、準粒子拡散、トンネリング)の研究が不可欠である。X線ピークと下部に続くプラトーからなるX線スペクトルを決定する光電子のエスケープ過程をモデル化しピーク確率を求め、放射光を用いて測定した5-18keVのX線スペクトルより得た実験結果と比較した。その結果、求めた量子効率と実験結果が一致し、モデルの妥当性が確認できた。また、このモデルを用いることにより素子構造の最適化の検証を行った。

論文

X-ray detection characteristics of Nb-based superconducting tunnel junctions

片桐 政樹; 岸本 牧; 浮辺 雅宏*; 中村 龍也*; 倉門 雅彦*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 中沢 正治*

Japanese Journal of Applied Physics, 37(SUPPL.37-2), p.13 - 18, 1998/00

https://doi.org/10.1143/JJAP.37.L13
 被引用回数：7 パーセンタイル：36.37(Physics, Applied)

Nb超伝導トンネル接合素子のエネルギー分解能の改善に不可欠な前置増幅器の最適化研究を行い、Nb系素子としてはベストデータの5.9keV・X線に対して66eVの分解能を得た。また、幅広いX線エネルギーに対して詳細な評価実験を行い、超伝導トンネル接合素子内での信号生成メカニズム及びフォノン生成メカニズムに関する研究を行った。さらに、直列接続型超伝導トンネル接合素子によるフォノンを介したX線検出実験を行い、またエネルギー分解能特性は良くないがX線検出方法として非常に優れていることを確認した。

論文

X-ray signal production processes in Nb-based superconducting tunnel junctions

片桐 政樹; 岸本 牧; H.Kraus*; 浮辺 雅宏*; 倉門 雅彦*; 中沢 正治*; 前畑 京介*; 石橋 健二*; 中村 龍也*

Proc. of 7th Int. Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-7), p.39 - 44, 1997/00

SIS(超伝導-絶縁体-超伝導)構造を持つ超伝導トンネル接合素子による準粒子検出に関して、直接超伝導体内で作り出されたものと基板内でフォノンを介して作り出されたものをそれぞれ別個に測定しその特性を調べた。5.9keVX線を用いて178$$mu$$m$$times$$178$$mu$$mNb接合素子のX線に対する応答特性と接合に印加するバイアス電圧を変化させながら測定した。その結果、直接超伝導体内で作り出される準素子と基板内でフォノンを介して作り出される準粒子と基板内でフォノンを介して作り出される準粒子の接合を介しての収集特性が異なることがわかった。この原因は、準粒子とフォノンに対してトンネル接合の超伝導層内に異なったエネルギーレベルが存在するためと推測される。

論文

超伝導トンネル接合型X線検出器の開発

浮辺 雅宏*; 中沢 正治*; 井口 哲夫*; 高橋 浩之*; 岸本 牧; 片桐 政樹; 倉門 雅彦*

放射線, 21(4), p.67 - 72, 1995/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/10009333918

半導体検出器に比較し高分解能化が期待できる超伝導トンネル接合素子に着目し本素子を用いたX線検出器の実用化の研究を進めている。本論文では、X線検出器として実用するのに不可欠な外部からの放射線入射を可能とした外部入射型$$^{3}$$Heクライオスタットを製作し、STJ素子のX線検出特性の評価研究、信号増幅回路の最適化及び信号のデジタル処理に関する研究を行ったので報告する。主な成果は、(1)STJ素子内でのX線吸収モデルと信号生成過程でのエネルギー拡散モデルによる検出効率評価結果と実験による検出効率測定結果の比較によるモデルの妥当性の確認、(2)Nb/AlO$$_{x}$$/Nb素子としてのこれまでの最良の78eVの高分解能の達成、(3)デジタル信号処理によるフォノン信号とX線信号との分離等である。

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