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論文

Mesospheric ionization during substorm growth phase

村瀬 清華*; 片岡 龍峰*; 西山 尚典*; 西村 耕司*; 橋本 大志*; 田中 良昌*; 門倉 昭*; 冨川 喜弘*; 堤 雅基*; 小川 泰信*; et al.

Journal of Space Weather and Space Climate (Internet), 12, p.18_1 - 18_16, 2022/06

巨大な太陽フレアによってもたらされる太陽風により磁気圏内にエネルギーが溜まり、そのエネルギーが一気に解放されるサブストームが発生する。そのサブストームが発生する際、高エネルギー電子が大量に中間圏まで降り注ぐ事象(EEP)がしばしば観測されるが、その詳細な発生メカニズムは解明されていない。本研究では、あらせ衛星により観測された2つのEEPに対して、3次元グローバル電磁流体力学的(MHD)シミュレーションや放射線挙動解析コードPHITSを使った解析によりその発生メカニズムを検討した。その結果、カレントシート散乱とwave-particle散乱がEEPの初期及びサブストーム発生後に重要な役割を果たしていることが示唆された。

論文

Large antisymmetric interlayer exchange coupling enabling perpendicular magnetization switching by an in-plane magnetic field

増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅

Physical Review Applied (Internet), 17(5), p.054036_1 - 054036_9, 2022/05

反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。

論文

「放射性廃棄物処分に係わる生活圏被ばく評価に用いられるパラメータ調査専門研究会」活動報告

高橋 知之*; 深谷 友紀子*; 飯本 武志*; 宇仁 康雄*; 加藤 智子; Sun, S.*; 武田 聖司; 中居 邦浩*; 中林 亮*; 内田 滋夫*; et al.

保健物理(インターネット), 56(4), p.288 - 305, 2021/12

日本保健物理学会専門研究会「放射性廃棄物処分に係わる生活圏被ばく評価に用いられるパラメータ調査」に係る活動の成果を報告する。

報告書

JRR-3及びJPDRから発生した放射性廃棄物に対する放射化学分析

土田 大貴; 原賀 智子; 飛田 実*; 大森 弘幸*; 大森 剛*; 村上 秀昭*; 水飼 秋菜; 青野 竜士; 石森 健一郎; 亀尾 裕

JAEA-Data/Code 2020-022, 34 Pages, 2021/03

JAEA-Data-Code-2020-022.pdf:1.74MB

日本原子力研究開発機構の研究施設等から発生する放射性廃棄物は、放射能レベルに応じて将来的に浅地中埋設処分される予定であり、埋設処分を開始するまでに、廃棄体の放射能濃度を評価する方法を構築する必要がある。そこで、原子力科学研究所バックエンド技術部では、研究施設等廃棄物に対する放射能濃度評価方法の検討に資するため、原子力科学研究所内で保管されているJRR-3及びJPDRから発生した放射性廃棄物よりコンクリート試料を採取し、放射化学分析を実施した。本報告書は、令和元年度に取得した22核種($$^{3}$$H, $$^{14}$$C, $$^{36}$$Cl, $$^{41}$$Ca, $$^{60}$$Co, $$^{63}$$Ni, $$^{90}$$Sr, $$^{94}$$Nb, $$^{rm 108m}$$Ag, $$^{133}$$Ba, $$^{137}$$Cs, $$^{152}$$Eu, $$^{154}$$Eu, $$^{rm 166m}$$Ho, $$^{234}$$U, $$^{238}$$U, $$^{238}$$Pu, $$^{239+240}$$Pu, $$^{241}$$Am, $$^{243}$$Am, $$^{244}$$Cm)の放射能濃度データについて整理し、放射能濃度評価法検討のための基礎資料としてまとめたものである。

論文

Trichotomic separation of light and heavy lanthanides and Am by batchwise multi-stage extractions using TODGA

松宮 正彦*; 土田 裕介*; 佐々木 祐二; 小野 遼真*; 中瀬 正彦*; 竹下 健二*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 327(1), p.597 - 607, 2021/01

軽,重希土類元素とAmの3分割法を達成するため、有機酸からTODGAを使ったバッチ式多段抽出法が検討された。マロン酸は水への溶解度が高く、水相の主成分として利用された。マロン酸からNd/Am分離比と、マロン酸+硝酸からLa/Am分離比はいずれも30程度であり、これらの水溶液を用いた。La+Ceは1Mマロン酸+0.05M硝酸、Amは3Mマロン酸、中,重希土類元素は0.1M TEDGAの水溶液で分離した。これにより、95%以上のAmを回収でき、希土類元素の共存量は16%以下であることを確認した。

論文

Relation between biomolecular dissociation and energy of secondary electrons generated in liquid water by fast heavy ions

土田 秀次*; 甲斐 健師; 北島 謙生*; 松谷 悠佑; 間嶋 拓也*; 斎藤 学*

European Physical Journal D, 74(10), p.212_1 - 212_7, 2020/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Optics)

水中における生体分子と重イオンの相互作用による基礎研究は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて重要な知見を与えることが期待される。その中で、生体環境を模擬した真空中の液滴標的への重イオン照射実験が進められ、液滴から真空中に飛び出した生体分子グリシンの正イオン及び負イオンの生成収量が計測されているが、その生成メカニズムは未解明であった。そこで、PHITSのイオン飛跡構造解析モードを利用し、重イオンが真空から水に侵入した界面におけるエネルギー付与量を評価し、グリシンの正イオン及び負イオン分子が生成されるメカニズムを解析した。その結果、重イオン照射により発生した2次電子が関与する電離・励起、及び解離性電子付着の誘発量は、生成されたグリシンの正イオン及び負イオンの生成収量と相関があることを見出した。本成果は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて、新たな科学的知見となるものである。

論文

Transient ionization of the mesosphere during auroral breakup; Arase satellite and ground-based conjugate observations at Syowa Station

片岡 龍峰*; 西山 尚典*; 田中 良昌*; 門倉 昭*; 内田 ヘルベルト陽仁*; 海老原 祐輔*; 江尻 省*; 冨川 喜弘*; 堤 雅基*; 佐藤 薫*; et al.

Earth, Planets and Space (Internet), 71, p.9_1 - 9_10, 2019/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:60.67(Geosciences, Multidisciplinary)

2017年6月30日22時21分から26分(世界時)にかけて、昭和基地にあるPANSYレーダーによってオーロラ爆発時の中間圏における過渡電離が観測された。通常、中間圏における過渡電離は100keV以上の高エネルギー電子が中間圏まで到達することにより引き起こされるが、同時間帯においてあらせ衛星が観測した100keV以上の電子フラックスは有意な上昇を示していなかった。このことから、本イベントは、10keV以下の低エネルギー電子が大量に熱圏に降り注ぐことにより発生したX線による電離であるとの仮説を立てた。この仮説の妥当性を検証するため、粒子・重イオン挙動解析コードPHITSを用いて様々なエネルギースペクトルを持つ電子が大気上空に進入した場合の電離分布を計算した。その結果、10keV以下の電子でも中間圏において十分な電離を引き起こすことが可能であることが分かり、仮説の妥当性が証明された。

論文

Surface modifications of hydrogen storage alloy by heavy ion beams with keV to MeV irradiation energies

阿部 浩之; 徳平 真之介*; 内田 裕久*; 大島 武

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part A), p.214 - 217, 2015/12

ニッケル水素電池の負極材として広く使用されている水素吸蔵合金LaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$に対して、keVからMeVオーダー領域での重イオン照射を行い表面改質を図った。これまでに、水素吸蔵合金に対してイオン照射することで水素吸蔵能が向上すること、表面付近に形成された酸化被膜等により吸蔵能が影響されることを明らかにしている。そこで今回は、酸素イオンを選択し、試料表面付近に酸素注入できるkeVから内部まで侵入させることのできるMeVオーダーまでのエネルギーで、1$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$までのフルエンスを照射した。その結果、酸素イオン照射した試料は水素吸蔵初期反応速度が未照射に比べ数倍向上すること、表面付近に酸素を導入できるkeVオーダーの照射はMeVオーダーの照射に比べて水素吸蔵初期反応速度の向上に有用であることが判明した。

論文

Enhancement of anomalous Nernst effects in metallic multilayers free from proximity-induced magnetism

内田 健一*; 吉川 貴史*; 関 剛斎*; 小宅 教文*; 塩見 淳一郎*; Qiu, Z.*; 高梨 弘毅*; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(9), p.094414_1 - 094414_6, 2015/09

 被引用回数:57 パーセンタイル:91.98(Materials Science, Multidisciplinary)

The anomalous Nernst effect (ANE) has been investigated in alternately stacked multilayer films comprising paramagnetic and ferromagnetic metals. We found that the ANE is enhanced by increasing the number of the paramagnet/ferromagnet interfaces and keeping the total thickness of the films constant, and that the enhancement appears even in the absence of magnetic proximity effects; similar behavior was observed not only in Pt/Fe multilayers but also in Au/Fe and Cu/Fe multilayers free from proximity ferromagnetism. This universal enhancement of the ANE in metallic multilayers suggests the presence of unconventional interface-induced thermoelectric conversion in the Fe films attached to the paramagnets.

論文

Observation of inverse spin Hall effect in ferromagnetic FePt alloys using spin Seebeck effect

関 剛斎*; 内田 健一*; 吉川 貴史*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治; 高梨 弘毅*

Applied Physics Letters, 107(9), p.092401_1 - 092401_4, 2015/08

 被引用回数:31 パーセンタイル:81.58(Physics, Applied)

We experimentally observed the inverse spin Hall effect (ISHE) of ferromagnetic FePt alloys. Spin Seebeck effect due to the temperature gradient generated the spin current ($$J_s$$) in the FePt$$vert$$Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ (YIG) structure, and $$J_s$$ was injected from YIG to FePt and converted to the charge current through ISHE of FePt. The significant difference in magnetization switching fields for FePt and YIG led to the clear separation of the voltage of ISHE from that of anomalous Nernst effect in FePt. We also investigated the effect of ordering of FePt crystal structure on the magnitude of ISHE voltage in FePt.

論文

Surface modification effects on hydrogen absorption property of a hydrogen storage alloy by short pulse laser irradiation

阿部 浩之; 下村 拓也; 徳平 真之介*; 島田 幸洋*; 竹仲 佑介*; 古山 雄太*; 西村 昭彦; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武

Proceedings of 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP 2015) (Internet), 4 Pages, 2015/08

短パルスレーザー(ナノ秒,フェムト秒)を水素吸蔵合金表面層に照射し、水素吸蔵能向上を目指す表面改質実験を行った。レーザー条件をパルス幅100fsec、エネルギー0.2-3.4mJ/pulseとして、水素吸蔵合金LaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$合金に照射することで表面の局所構造を変化させ、この吸蔵合金の初期水素吸蔵反応とレーザー照射との相関について調べた。その結果、フルエンスで2.0mJ/cm$$^{2}$$付近でのレーザー照射したサンプルは未照射サンプルに比べ、1.5-3.0倍水素吸蔵初期反応速度が速くなり水素吸蔵能が向上することを見いだした。これによりレーザー照射は水素吸蔵材料の表面改質に有効であると結論づけられる。

論文

Development of diagnostic method for deep levels in semiconductors using charge induced by heavy ion microbeams

加田 渉*; 神林 佑哉*; 岩本 直也*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 児島 一聡*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.240 - 245, 2015/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:40.75(Instruments & Instrumentation)

Deep level defects in semiconductors act as carrier traps Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) is known as one of the most famous techniques to investigate deep levels. However, DLTS does not well work for samples with high resistivity. To overcome this issue, DLTS using charge generated by ion incidence was proposed. Recently, we developed a deep level evaluation system based on Charge Transient Spectroscopy using alpha particles from $$^{241}$$Am (Alpha Particle Charge Transient Spectroscopy: APQTS) and reported the effect of deep levels in 6H SiC pn diodes generated by electron irradiation on the characteristics as particle detectors. In this study, we report the development of Charge Transient Spectroscopy using Heavy Ion Microbeams (HIQTS). The HIQTS can detect deep levels with micron meter spatial resolution since microbeams are applied. Thus, we can clarify the relationship between deep levels and device characteristics with micron meter resolution. When a 6H-SiC pn diode was irradiated with 12 MeV-oxygen (O) ions at 4$$times$$10$$^{9}$$ and 8$$times$$10$$^{9}$$ /cm$$^{2}$$, the charge collection efficiency (CCE) decreased to 71 and 52%, respectively. HIQTS signals obtained from those damaged regions using 15 MeV-O microbeams increased at measurement temperature ranges above 350 K, and the signals are larger with increasing 12 MeV-O ion fluence.

論文

Radiation hardness of n-type SiC Schottky barrier diodes irradiated with MeV He ion microbeam

Pastuovi$'c$, $v{Z}$*; Capan, I.*; Cohen, D.*; Forneris, J.*; 岩本 直也*; 大島 武; Siegele, R.*; 星乃 紀博*; 土田 秀一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.233 - 239, 2015/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.79(Instruments & Instrumentation)

The relationship between defects created in SiC semiconductors and the degradation of SiC particle detectors was investigated. The n-type Schottky barrier diodes (SBD) fabricated on an epitaxial 4H-SiC layer were irradiated with a raster scanned alpha particle microbeam (either 2 or 4 MeV He$$^{2+}$$ ions) to introduce crystal damage with different depths. Deep level transient spectroscopy (DLTS) was applied to characterize defects generated in SiC by He ion irradiation. Ion Beam Induced Charge (IBIC) microscopy was used to determine the degradation of the charge collection efficiency (CCE). DLTS and electrical characteristics measurements suggested that minority carrier lifetime decreased with increasing the concentration of Z$$_{1/2}$$ defect. Also, the free carrier concentration in SiC decreased with increasing He fluence. Furthermore, the formation of new type of defects, i.e. complex (cluster) defects was detected. In conclusion, the value of CCE decreased due to above-mentioned effects.

報告書

原子力発電所事故後の無人ヘリコプターを用いた放射線測定

眞田 幸尚; 西澤 幸康; 山田 勉; 池田 和隆*; 松井 雅士*; 土田 清文; 佐藤 義治; 平山 弘克; 高村 善英; 西原 克哉; et al.

JAEA-Research 2013-049, 129 Pages, 2014/03

JAEA-Research-2013-049.pdf:15.5MB

2011年3月11日に発生した東日本大震災による津波に起因した東京電力福島第一原子力発電所の事故によって、大量の放射性物質が周辺に飛散した。放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する手法として、航空機等を用いた空からの測定方法が考えられる。近年、無人ヘリコプターの開発が進んでおり、プログラミングによる自律飛行が可能な機種もある。原子力機構では、事故直後から、無人ヘリコプターによる放射線測定システムの開発に着手し、広範囲のモニタリングを実施している。無人ヘリコプターは、ヘリコプター(検出器)と操作する作業員に距離がとれるため、被ばくを抑制できること、プログラミングにより同じ場所を何度でも測定できることから、除染前後などの変化の観測が可能であることなどの特徴がある。モニタリングは、2011年12月から本格的に開始し、これまで、原子力発電所周辺のモニタリング、河川敷のモニタリング、発電所敷地内上空のモニタリング及び除染前後のモニタリングを行ってきた。ここでは、システムの詳細及びモニタリングの方法、結果についてまとめる。

論文

Heavy-ion induced anomalous charge collection from 4H-SiC Schottky barrier diodes

牧野 高紘; 出来 真斗; 岩本 直也; 小野田 忍; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 平尾 敏雄*; 大島 武

IEEE Transactions on Nuclear Science, 60(4), p.2647 - 2650, 2013/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:59.34(Engineering, Electrical & Electronic)

SiCデバイスのイオン誘起破壊現象研究の一環として、逆方向電圧を印加したn型六方晶(4H)SiCショットキーダイオードへ重イオンを照射し、ダイオード内で収集される電荷量を測定した。その結果、イオンの飛程がエピタキシャル層厚と同等、もしくはそれ以上の場合に、本来、入射イオンがイオンダイオード内に生成する電荷量を越えた多量の電荷収集が発生することが観測された。解析の結果、ショットキーダイオードにおける過剰な電荷収集においては、イオンの飛程とエピタキシャル層厚の関係が重要なパラメータであり、エピタキシャル層と基板の界面付近で発生した電荷によりポテンシャルが変動し、基板側から電荷が流れ込むという描像で説明できることが見いだされた。

論文

Effects of ultra-intense laser driven proton beam on the hydriding property of palladium

阿部 浩之; 織茂 聡; 岸本 雅彦*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 307, p.218 - 220, 2013/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.7(Instruments & Instrumentation)

荷電粒子照射による金属材料の構造変化や水素吸蔵特性を調べ、メカニズム解明に必要な基礎データを取得するとともに、水素吸蔵材料の高機能化に関する研究の一環として、レーザー駆動プロトンビーム(J-KAREN)において広エネルギー帯域(数十keV$$sim$$3.2MeV)のプロトンビームを水素吸蔵合金MmNi$$_{5}$$に照射し、その水素吸蔵能向上に対する有用性について調査した。また比較としてTIARAタンデム加速器、イオン注入器において、30keV$$sim$$6MeVプロトンビームを実用水素吸蔵合金に照射した。照射サンプルの水素吸蔵初期反応速度測定を実施し、未照射サンプルとレーザー駆動プロトンビーム、単色プロトンビーム照射との測定結果を比較した。その結果、未照射サンプルに対してレーザー駆動プロトンビームは十数倍の反応速度向上が見られた。一方、単色プロトンビーム照射実験の結果では未照射サンプルに比べ数倍程度の吸蔵能向上であり、このことより、広いエネルギー帯をもつレーザー駆動プロトンビーム照射の有用性が実証された。

論文

Defect-induced performance degradation of 4H-SiC Schottky barrier diode particle detectors

岩本 直也; Johnson, B. C.; 星乃 紀博*; 伊藤 雅彦*; 土田 秀一*; 児島 一聡*; 大島 武

Journal of Applied Physics, 113(14), p.143714_1 - 143714_5, 2013/04

 被引用回数:27 パーセンタイル:77.13(Physics, Applied)

A correlation between radiation induced defects and charge collection performance of 4H-SiC Schottky barrier diodes has been studied. Charge collection efficiency (CCE) of the detectors is degraded by irradiation with 1 MeV electrons to a fluence of 1$$times10^{15}$$ cm$$^{-2}$$. Three electron traps, labeled EH$$_1$$, Z$$_{1/2}$$ and EH$$_3$$, are observed after the electron irradiation by deep level transient spectroscopy. Low temperature annealing at 300 $$^circ$$C is found to recover CCE significantly and remove EH$$_1$$ and EH$$_3$$ completely. On the other hand, Z$$_{1/2}$$ is not removed by annealing up to 400 $$^{circ}$$C, and does not correlate the annealing behavior of CCE. Therefore, we conclude that EH$$_1$$ and EH$$_3$$ are more responsible for the degraded CCE than Z$$_{1/2}$$.

論文

$$E_1/E_2$$ traps in 6H-SiC studied with Laplace deep level transient spectroscopy

小泉 淳*; Markevich, V. P.*; 岩本 直也; 佐々木 将*; 大島 武; 児島 一聡*; 木本 恒暢*; 内田 和男*; 野崎 眞次*; Hamilton, B.*; et al.

Applied Physics Letters, 102(3), p.032104_1 - 032104_4, 2013/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:38.93(Physics, Applied)

Electrically active defects in $$n$$-type 6H-SiC diodes were investigated using deep level transient spectroscopy (DLTS) and high-resolution Laplace DLTS. The commonly observed broadened DLTS peak which was previously ascribed to two traps referenced as $$E_1/E_2$$ has three components with activation energies for electron emission of 0.39, 0.43, and 0.44 eV. The defects associated with these emission signals have similar electronic structure, each possessing two energy levels with negative-$$U$$ ordering in the upper half of the 6H-SiC gap. The defects are related to a carbon vacancy at three non-equivalent lattice sites in 6H-SiC.

論文

Heavy-ion-induced charge enhancement in 4H-SiC schottky barrier diodes

牧野 高紘; 出来 真斗; 岩本 直也; 小野田 忍; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 大島 武

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.66 - 69, 2012/12

SiCデバイスのイオン誘起破壊現象の発生メカニズム解明を目指し、n型六方晶(4H)SiCショットキーダイオード内で発生する電荷量を測定した。ショットキーダイオードは、n型4H-SiC基板の上に成長させた30$$mu$$m厚のエピタキシャル層上に作製した。照射は、ダイオード内での飛程約26$$mu$$mを持つKr-322MeVを用いた。ダイオードに逆方向電圧を印加し、収集される電荷量をチャージアンプ(ORTEC 142C)で測定した。測定の結果、400V以上の電圧を印加した場合、Krがダイオード内に生成する電荷量を越えた電荷収集が発生した。イオン入射数と観測された電荷発生イベント数が同じであることから、この過剰な電荷は、ダイオード内に生成された電荷が何らかの理由で増幅されたものといえる。ダイオードは電荷によって破壊されることから、SiCショットキーダイオードの破壊現象の発生メカニズムにとって重要な知見といえる。

論文

Annealing effects on charge collection efficiency of an electron-irradiated 4H-SiC particle detector

岩本 直也; Johnson, B. C.; 大島 武; 星乃 紀博*; 伊藤 雅彦*; 土田 秀一*

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.62 - 65, 2012/12

Thermal annealing effects on the charge collection efficiency (CCE) of an electron-irradiated 4H-SiC Schottky barrier diode (SBD) particle detector have been studied. The SBD particle detector was irradiated with 1 MeV electrons to a fluence of 1$$times$$10$$^{15}$$ cm$$^{-2}$$ and subsequently annealed between 100 $$^{circ}$$C and 600 $$^{circ}$$C for 30 minutes. The CCE of the SBD was characterized by using 5.5 MeV alpha particles. Before the electron irradiation, a CCE value of 100% is obtained at a reverse bias voltage of 20 V and higher. Degradation of the CCE is seen after electron irradiation and is more pronounced at lower bias voltages. The degraded CCE recovers as the anneal temperature increases up to 300 $$^{circ}$$C. However, the CCE starts to decrease again by 350 $$^{circ}$$C. From these results, it is concluded that thermal annealing for the recovery of SBD particle detector performance should not exceed 300 $$^{circ}$$C.

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