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佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 834, p.218 - 222, 2016/10
被引用回数：3 パーセンタイル：28.28(Instruments & Instrumentation)The performance of a diamond detector created from a single-crystal diamond grown by chemical vapor deposition was studied for application in detecting charged particles having energies ranging from 100 keV to 2 MeV. Energy peaks of these low-energy ions were clearly observed. However, we observed that the pulse height for individual incident ions decreases with increasing atomic number of the ions. We estimated the charge collection efficiency of the generated charge carriers by the incident charged particles. While charge collection efficiency above 95% is achieved for helium (He
) at energies above 1.5 MeV, over the same incident energy range, the efficiencies are lower for heavy-ions: 
70% for silicon (Si) and 30% for gold (Au
). We also found that the charge collection efficiency decreases as the generated charge density inside the diamond crystal increases.
嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅沢 仁*; 杢野 由明*
Physica Status Solidi (A), 213(10), p.2629 - 2633, 2016/10
被引用回数：9 パーセンタイル：41.22(Materials Science, Multidisciplinary)This report is the first describing experimental evaluation of Fano factor for diamond detectors. High-quality self-standing chemical vapor deposited diamond samples were produced using lift-off method. Alpha-particle induced charge measurements were taken for three samples. A 13.1 eV 
0.07 eV of the average electron-hole pair creation energy and excellent energy resolution of approximately 0.3
were found for 5.486 MeV alpha particles from an 
Am radioactive source. The best Fano factor for 5.486 MeV alpha particles calculated from experimentally obtained epsilon values and the detector intrinsic energy resolution was 0.382 0.007.
佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*
Japanese Journal of Applied Physics, 55(4), p.046401_1 - 046401_5, 2016/04
被引用回数：4 パーセンタイル：19.99(Physics, Applied)化学気相成長法(CVD)により育成した人工単結晶ダイヤモンドを用いて放射線検出器を製作し、検出器のエネルギー分解能、生成電荷キャリアの収集効率、及び長時間安定性の調査を行った。検出器固有のエネルギー分解能は半値幅で約0.4%であり、Amから放出される4つのエネルギー(5.389, 5.443, 5.486及び5.545MeV)の
粒子の観測ができた。電荷キャリアの収集効率は電子、正孔ともに98%を達成し、さらに、主として電子を検出器内でドリフトさせた場合、100時間以上の粒子照射でもエネルギースペクトルや分解能の劣化は見られなかった。一方で、主として正孔を検出器内でドリフトさせた場合、照射時間と共にエネルギースペクトルが劣化するポーラリゼイション現象が観測された。
草間 義紀; 石川 正男
NEW DIAMOND, 21(3), p.24 - 25, 2005/07
JT-60などのプラズマ閉じ込め装置においては、プラズマ加熱を担う高エネルギー粒子の挙動に関する研究が進められている。これまでは、電場/磁場を用いたエネルギー分析器を利用して高速中性粒子のエネルギー分布を測定することから、高エネルギー粒子の閉じ込めに関する情報を得てきた。1990年代の後半に、シリコンなどの半導体を用いた放射線計測用検出器の発展として、耐放射線性に優れたダイヤモンドを用いた検出器(ダイヤモンド検出器)が開発され、トカマクプラズマ計測でも利用されるようになった。ダイヤモンドのバンドギャップは5.5eVとシリコン(1eV)に比べて大きいため、常温で使える利点がある一方、エネルギー分解能が劣る。そのため、使用にあたっては、エネルギー分解能を把握しておく必要がある。また、ダイヤモンド検出器は中性子に対して比較的高い感度を有する。そのため、JT-60ではポリエチレンと鉛で覆ってバックグラウンドの低減を図っている。このダイヤモンド検出器を用いて、JT-60の中性子発生環境で詳細な高速中性粒子の測定が可能となった。
石川 正男; 草間 義紀; 武智 学; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; 磯部 光孝*; Krasilnikov, A.*; Kaschuck, Y. A.*
Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3643 - 3645, 2004/10
被引用回数：6 パーセンタイル：35.7(Instruments & Instrumentation)JT-60Uにおいて天然ダイヤモンド検出器(NDD)を用いた高速中性粒子計測を開始した。NDDは非常にコンパクトかつ高エネルギー分解能,操作性の容易さなど多くの特長を併せ持つ。現在、NDDをJT-60Uトカマクの接線ポートに設置し、接線NBI、特にNNBIによって生成される高エネルギーイオンの振る舞いを、荷電交換された高速中性粒子を測定することで調べている。しかし、NDDは中性子及び
線等にも感度を持つ。特に、JT-60Uの重水素プラズマ実験では、DD中性子が中性粒子計測の大きなノイズ源となる。そこで、放射線シールド(ポリエチレン厚
25cm, 鉛厚10cm)を検出器の周りに設置することでノイズ源を減少させている。これまで、NBI時に、これまで得られなかった入射エネルギーに対応した中性粒子の連続エネルギー分布を得るとともに、鋸歯状振動やアルフベン固有モード等の不安定性発生時の中性粒子束の増加を観測している。NDDの重水素プラズマにおける中性粒子エネルギー分析器としての性能を示すとともに、高エネルギーイオンの挙動を調べるうえでの有用性を示した。
阪井 英次
Nuclear Instruments and Methods, 196(1), p.121 - 130, 1982/00
室温作動半導体検出器開発の現状をまとめたものである。GaAs,CdTe,HgI
,ダイヤモンド検出器の現状と応用を展望した。
佐藤 真一郎; 春山 盛善; 小野田 忍; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; 加田 渉*; 大島 武; 花泉 修*
no journal, ,
ダイヤモンド中のNVセンター(窒素・空孔複合欠陥)はたった1つでも蛍光検出できることや、原理的には数nmという高分解能で観察が可能であることから、従来の固体飛跡検出器よりもイオンの飛跡を精細に可視化することができると考えられる。今回、単結晶ダイヤモンドに高エネルギー重イオンを照射し、照射後に熱処理を施した後、共焦点レーザー走査型蛍光顕微鏡を使用して蛍光強度分布の3次元マッピングを行うことでイオン飛跡を検出することに成功した。また、ダイヤモンド中の不純物窒素濃度と飛跡検出特性の関係について調べ、100ppb以上の窒素がダイヤモンド中に含まれる場合は、イオン飛跡の検出が可能になることを明らかにした。
佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*
no journal, ,
Diamond crystals have long been recognized as an attractive material for radiation detectors because of their unique properties. The high electrical resistivity and high band gap energy of diamond crystal, compared with silicon-based solid-state detectors, makes it possible to operate with low noise performance. Fast responses with superior timing resolution are possible because of high carrier saturation velocities under high breakdown electric fields. Additionally, because of their high displacement energy, it is expected that diamond detectors will show superior radiation hardness compared with detectors made of other materials such as silicon. We have fabricated a charged-particle detector using single crystal (sc) diamond grown by chemical vapor deposition (CVD) to investigate the radiation hardness of the diamond detector. The radiation dose dependence of the output pulse height from the diamond detector was measured using proton beams generated by a pelletron accelerator. The total kinetic energy of accelerated protons was 2.4 MeV and the incident side of the detector was Au electrode. During an operation of the diamond detector under the proton beam bombardment, the polarization effect was not observed. Additionally, the radiation hardness performance for light ions was compared with that of silicon surface barrier detectors, and the diamond detector showed radiation hardness superior that of the silicon detectors.
佐藤 優樹
no journal, ,
化学気相成長法により育成した人工単結晶ダイヤモンドを用いて荷電粒子検出器を製作し、加速器から得られるイオンビームを検出器に入射してその検出器特性を調査した。調査した項目は、エネルギー分解能、高速応答性能(時間分解能)、放射線耐久性の3点である。検出器固有のエネルギー分解能は5.486MeV-粒子に対して、約0.4(FWHM)とSi表面障壁型検出器に匹敵する性能を示し、Amから放出される4つのエネルギー(5.389, 5.443, 5.486及び5.545MeV)の粒子の観測ができた。また、重イオンビームに対して、約30psの高速な時間分解能を達成している。一方で、荷電粒子入射に対する耐久性に関しては、軽イオンに対しては従来のSi表面障壁型検出器と比較して優れた性能を示したが、Auイオンのような重イオン入射に対しては耐久性に顕著な差は見られなかった。これらの結果に加えて、検出器動作の長時間安定性に関する調査も実施しており、放射線入射によって結晶内に生成される正孔の挙動が長時間動作における性能劣化に大きく影響することも明らかとした。発表では、上記に示すようなダイヤモンド検出器の荷電粒子入射に対する基礎特性について報告する。
嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅沢 仁*; 杢野 由明*
no journal, ,
Diamond radiation detectors have promising properties i.e. high-temperature operation, low leakage current and radiation hardness. The authors have developed CVD diamond detector using lift-off method. We have successfully obtained high performance detectors which have 100.1% of charge collection efficiency for holes and 99.8% for electrons, provided that 
= 13.1 eV. The detector also achieved approximate 0.3 of one of the best energy resolution. This study reports a Fano factor evaluation of diamond detectors for alpha particles.
