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線照射効果武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 渡辺 恭志*; 上野 俊二*
日本保全学会第13回学術講演会要旨集, p.391 - 394, 2016/07
東京電力福島第一原子力発電所事故の経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。放射線環境下におけるカメラ画像劣化の主因である撮像素子内の暗電流を抑制するため、撮像素子のトランジスタ及び光電変換部について3Tr型でフィールドプレートを有する素子(3TPD)、同型でフォトゲートを有する素子(3TPG)及び4Tr型でフォトゲートを有する素子(4TPG)を設計・試作し、線照射中の暗電流と照射後の光電変換感度を測定した。その結果、3TPG型が最も耐放射線性が高く、200kGy照射後も十分なダイナミックレンジが維持された。
線照射効果武内 伴照; 大塚 紀彰; 上柳 智裕*; 渡辺 恭志*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦
no journal, ,
原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故が発生した際にも監視機能を失わない耐放射線性カメラの開発を行っている。既存カメラに対する線照射試験結果から、照射による画像劣化の主因は撮像素子内の暗電流増加であることが明らかとなった。本研究では、暗電流を抑制するため、撮像素子のトランジスタ及び光電変換部について、3トランジスタ型(3T型)でフィールドプレートを有する素子(3TPD)、同型でフォトゲートを有する素子(3TPG)及び4トランジスタ型(4T型)でフォトゲートを有する素子(4TPG)を試作し、線照射施設で70kGyまで照射して暗電流と光電変換感度を測定した。その結果、照射前はトランジスタ構造の多い4T型が有利であるものの、照射下では、トランジスタ構造の少ない3T型のほうが、照射による暗電流の発生個所が少ないことから有利であり、厚い酸化膜を持つフィールドプレート型よりも、酸化膜の薄いフォトゲート型のほうが、照射による界面準位増大を抑制でき、暗電流を軽減できることが分かった。以上から、最も耐放性の高い3TPGでは、70kGy照射後も十分な性能が維持されることを明らかにした。
武内 伴照; 土谷 邦彦; 石原 正博; 駒野目 裕久*; 三浦 邦明*
no journal, ,
原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故が発生した際にも監視機能を失わない耐放射線性カメラ及び原子炉情報伝送システムの技術基開発を実施している。本研究では、耐放射線性カメラ及び可視光無線伝送システムに対する線照射の影響評価を行った。耐放射線性カメラに関し、照射中に撮像素子のフォトゲート電圧を変化させたところ、最も良好な画質が得られる電圧値は、照射前の-1.6Vではなく、0Vであることが分かった。こうした挙動のメカニズムを明らかにするため、照射後の撮像素子について光電変換特性を計測した。その結果、光電変換感度の高さよりも飽和電荷量の大きさを優先した電圧条件にするほうが、放射線による暗電流増加の影響が相対的に軽減され、画質への影響が抑制されたことが原因と示唆された。また、可視光無線伝送システムに関し、照射下における熱電対による温度計測値は、室温
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Cの全範囲で復号化が可能であった。また、その精度は約3C以内であり、2C/minの温度勾配を与えた場合にもその精度は変わらず、環境の温度が変化する場合にも十分に無線計測が可能なことが示された。
武内 伴照; 田中 茂雄*; 渡辺 恭志*; 大塚 紀彰; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦
no journal, ,
過酷事故時にも使用可能な耐放射線性カメラの開発の一環として、本研究では、撮像素子のフォトゲート駆動電圧が画質に与える影響を調べた。対象材は、3トランジスタ型で光電変換部にフォトゲート(PG)と呼ばれる電極を有する撮像素子を用いた。まず、照射前にPGの駆動電圧を0-1.6Vの範囲で変化させ、コントラストが最も明瞭な最良の画質が得られる電圧を-1.6Vと決定した。次に、約1kGy/hの線照射環境下でテストチャートを撮影したところ、-1.6Vでは、11階調の白黒テストバーのうち、白側の4階調分はコントラストが失われた。このため、0-0.8Vの範囲でPG駆動電圧による画質を取得したところ、コントラストが復帰するとともに、-0.2Vで最良の画質が得られることが分かった。以上より、最良の画質が得られる撮像素子PG駆動電圧は、放射線環境下と未照射環境では異なることが分かった。したがって、一般的には固定であるPG電圧を調節可能なカメラとすれば、放射線環境下における画質劣化を軽減しうることが示唆された。
田中 茂雄*; 小沢 治*; 渡辺 恭志*; 武内 伴照; 大塚 紀彰; 上野 俊二*; 駒野目 裕久*; 土谷 邦彦
no journal, ,
原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故時にも使用可能な耐放射線性カメラの開発に着手した。本研究は、耐放射線性を有しつつもカラーかつ高解像度なカメラを実現するため、対象とする型式を3CMOSカラーハイビジョンカメラとし、構成する部品の要素技術開発を行い、カメラシステムの試作・性能を評価した。まず、レンズとプリズムには、試作品の線照射試験結果から、積算線量1MGy以上でも可視光領域における分光特性を保持することを確認した。また、信号処理/信号出力部を構成する部品は、一部について線遮蔽構造を採用することにより1MGy以上でも使用が可能な見通しを得た。次に、耐放射線性の向上を狙ったCMOS撮像素子の設計のため、光電変換部の構造及び電極の形状を検討・試作し、線照射前後及び照射中の特性試験を実施した。その結果、3トランジスタ型かつフォトゲートを有する撮像素子(3TPG)が、放射線による暗電流増加を軽減できることから、線の積算線量240kGyで十分なダイナミックレンジを維持できることが分かった。
武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の教訓から、過酷事故が発生した軽水炉の状況下でも使用可能な監視システムの技術開発を実施している。本システムの開発課題として、耐放射線性カメラや可視光無線伝送システムで使用する撮像素子や電源IC等の耐放射線性が挙げられる。本研究では、耐放射線性カメラ撮像素子に対する線の積算線量の影響を調べるため、異なる積算線量時においてフォトゲート(PG)駆動電圧に対する取得画像輝度のダイナミックレンジの違いを調べた。また、カメラ及び可視光無線伝送システムにおいて共通して使用する電源ICについて、線環境下における出力電圧をモニタリングし、積算線量に対する変化を調べた。その結果、耐放射線性カメラに使用する撮像素子のダイナミックレンジを最大とするPG駆動電圧の最適値は積算線量に影響することが分かり、PG駆動電圧の変更によって実質的な耐放射線性を向上させたカメラシステムの可能性を見出した。また、電源ICの線照射環境下における出力電圧は比較的低い積算線量で一時的に減少したが、その後に復帰してほぼ安定したことから、あらかじめ照射したICを用いること等により、放射線環境下においても安定した出力を得る見通しを見出した。
武内 伴照
渡辺 恭志*; 駒野目 裕久*
特願 2022-135450 
公開特許公報
【課題】電界集中を抑えつつ、半導体界面の空乏化抑制により暗電流抑圧を完全なものとする光検出素子を提供する。 【解決手段】P型の基体領域1と、基体領域1とP-N接合を構成するN型の電荷生成埋込層5と、電荷生成埋込層5に接したP型のシールド層6と、電荷生成埋込層5に接したN+型の電荷読出領域8と、シールド層6に接したフォトゲート絶縁膜4Bと、フォトゲート絶縁膜4Bの電荷読出領域8側の端部上に設けられたN型の緩和領域部14-1と、緩和領域部14-1に連続してフォトゲート絶縁膜4Bの上に設けられたP型の主透明電極層14-2を備える。主透明電極層14-2の電位がシールド層6の表面に及ぼす静電ポテンシャル効果により、シールド層6の表面にP型の電荷をピンニングする。