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論文

A Portable radioactive plume monitor using a silicon photodiode

玉熊 佑紀*; 山田 椋平; 岩岡 和輝*; 細田 正洋*; 黒木 智広*; 水野 裕元*; 山田 宏治*; 古川 雅英*; 床次 眞司*

Perspectives in Science (Internet), 12, p.100414_1 - 100414_4, 2019/09

緊急時において放射性プルーム(例えば、$$^{131}$$I, $$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Cs)を検知するために、シリコンフォトダイオードを用いた可搬型の放射性プルームモニタを開発した。バックグラウンド計数率は周辺線量当量率に比例し、ISO11929に従って算出した周辺線量当量率20$$mu$$Sv h$$^{-1}$$下におけるモニタの検出限界は187Bq m$$^{-3}$$であった。これらの結果は、最適な厚さを有する鉛遮蔽体によってシステムの検出限界を効果的に低減することができることを示唆している。

報告書

光学部品のガンマ線照射劣化挙動(受託研究)

武内 伴照; 柴田 裕司; 花川 裕規; 上原 聡明*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦; 熊原 肇*; 柴垣 太郎*; 駒野目 裕久*

JAEA-Technology 2017-026, 26 Pages, 2018/02

JAEA-Technology-2017-026.pdf:4.0MB

原子力施設でシビアアクシデントが発生した際に、プラント状態を監視し、緊急時対応を円滑に実施するためには、信頼性の高い伝送技術が必要である。本研究では、水中で伝送可能な可視光無線伝送システムの構築を目指して、LEDやフォトダイオード等の光学部品に対して10$$^{6}$$Gyまでのガンマ線の照射による影響を調べた。その結果、LEDは全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色した。フォトダイオードの電流-電圧特性にはほとんど変化は無かった。フォトダイオードは、受光感度が減少するとともに窓材の樹脂が着色したが、暗電流は伝送に悪影響を与えるほどの大きさにはならなかった。これらの結果から、両素子を無線伝送システムに適用する場合に考慮すべき特性劣化の主因は、半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によって発光及び受光量が減少することによるものであることが示唆された。また、発光・受光回路部を環境から隔離するための窓材や、外乱ノイズ光を軽減するための光学フィルタとして、各種ガラスについてもガンマ線照射による透過率の減少を評価し、伝送システムの構築に向けた基礎データを取得した。

論文

Analysis of transient ion beam induced current in Si PIN Photodiode

小野田 忍; 平尾 敏雄; Laird, J. S.; 岡本 毅*; 小泉 義春*; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 231(1-4), p.497 - 501, 2005/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.33(Instruments & Instrumentation)

シングルイオン照準照射技術と微弱電流時間分解能計測技術を組合せた、イオンビーム誘起過渡電流(TIBIC:Transient Ion Beam Induced Current)計測システムは、シングルイベント効果を調べるためのツールとして非常に優れており、このシステムを用いて光通信SiPINフォトダイオードのシングルイベント耐性の評価研究を行った。TIARAのタンデム加速器で加速した重イオンを、イオン種,エネルギー,入射角を変えてフォトダイオードに照射し、ダイオード内に発生する過渡電流を系統的に調べ、電荷伝搬挙動のイオン種,エネルギー,入射角度依存性並びにダイオードへの印加電圧依存性を明らかにした。

論文

Time-resolved laser and ion microbeam studies of single event transients in high-speed optoelectronic devices

Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 若狭 剛史; 山川 猛; 阿部 浩之; 神谷 富裕; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.125 - 129, 2004/10

人工衛星に搭載されているオプトエレクトロニックデバイスの一種であるフォトダイオードで発生するシングルイベント効果の発生機構を解明するために、イオン及びレーザ照射を行いシングルイベント過渡応答を調べた。Si PINフォトダイオードで発生する過渡電流は、両極性及び極性の2つの期間に分類できることがわかった。前者は空間電荷(SC)効果が原因であると判明した。さらに、デバイスシミュレータを利用した計算より、過渡電流は電子及び正孔の誘導電流及び変位電流の総和で表されることが明らかになった。一方、GaAs MSMフォトダイオードで発生する過渡電流はSi PINフォトダイオードと比較して、SC効果の持続時間が短い結果が得られた。この違いは、素子構造が異なることによって、MSMはPINフォトダイオードと比較して、デバイス中に付与されるエネルギーが小さいこと、及び表面効果が大きいこと等が原因であると考えられる。

論文

Evaluation of transient current induced by high energy charged particles in Si PIN photodiode

小野田 忍; 平尾 敏雄; Laird, J. S.; 若狭 剛史; 山川 猛; 岡本 毅*; 小泉 義春*; 神谷 富裕; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.173 - 176, 2004/10

近年、高エネルギー陽子がフォトダイオード中で誘起するビットエラーに関心が高まっている。高エネルギー陽子がフォトダイオード中を通過するとき、弾性散乱や核反応によって副次的に高エネルギー荷電粒子が放出される。例えば、シリコンの結晶に陽子が入射すると、最大数十MeVのエネルギーを持ったHe, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P等の荷電粒子が生成される。これらの荷電粒子は半導体素子中でエネルギーを失い、高密度の電子正孔対を生成する。その結果、シングルイベント過渡電流が発生し、ビットエラーが引き起こされる。このような背景から、荷電粒子による過渡電流を調べることが重要な案件であると考えられている。本実験では、TIARAのタンデム加速器からのさまざまなエネルギーを持つC, N, O及びSiイオンが誘起する過渡電流を測定した。実験結果から、さまざまな条件下でのパラメータ取得を行うことができた。また、測定結果とモデル計算による結果を比較し、PINフォトダイオードで発生する過渡電流について議論した。

論文

Measurement and analysis of single event transient current induced in Si devices by quasi-monoenergetic neutrons

若狭 剛史; 平尾 敏雄; 佐波 俊哉*; 小野田 忍; 阿部 浩之; 田中 進; 神谷 富裕; 岡本 毅*; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.213 - 216, 2004/10

近年では半導体デバイスの高集積化・微細化に伴い、地上で使用されるデバイスについてもシングルイベント現象の発生が問題となっている。地上におけるシングルイベント現象は宇宙線が大気と反応して二次的に生成する中性子が誘発すると考えられており、最先端デバイスに対する中性子耐性の評価が急務となっている。本研究では、中性子により誘発されるシングルイベント現象の発生素過程を解明することを目的とし、中性子入射時に発生するシングルイベント過渡電流の測定を行った。シングルイベントの測定は、シリコンpinフォトダイオードにエネルギー65MeVの準単色中性子を照射して実施し、この結果、さまざまな形状を有した過渡電流波形が取得できた。これらの結果をもとに収集電荷分布を算出し、PHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)コードを用いたシュミレーション計算を実施して実験結果との比較を行った。その結果、収集電荷分布の実験値とシミュレーション結果との良い一致が得られ、生成した収集電荷が核反応による2次粒子とその分裂片に起因することがわかった。本ワークショップでは、中性子を用いたシングルイベント過渡電流測定の方法と得られた結果について議論する。

論文

Spectral response of $$gamma$$ and electron irradiation pin photodiode

小野田 忍; 平尾 敏雄; Laird, J. S.; 森 英喜; 岡本 毅*; 小泉 義晴*; 伊藤 久義

Proceedings of 6th European Conference on Radiation and its Effects on Components and System (RADECS 2001) (CD-ROM), 5 Pages, 2002/00

pinフォトダイオードの放射線劣化を電子線と$$gamma$$線照射で比較した。照射には1MeV電子線(照射量: 2.6E13cm$$^{-2}$$から1.3E15cm$$^{-2}$$)と$$gamma$$線(照射量:0.083Mradから71Mrad)を用いた。電子線及び$$gamma$$線とも照射量増加に伴い検出ピーク波長の位置が低波長側へシフトし、かつ強度が低下することを確認できた。また、このシフトを非イオン化エネルギー損失(NIEL)の式を用いて解析した結果、少数キャリア拡散長の損傷係数として7.0E-9g/KeVcm$$^{2}$$が得られ、電子線,$$gamma$$線照射によるダイオード特性の劣化は、ともにNIELの概念で説明できる。

報告書

多段式イオンチェンバーによる光子束の絶対値測定

佐野 睦*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 斎藤 則生*; 鈴木 功*

JAERI-Tech 2000-081, 21 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-081.pdf:0.79MB

SPring-8のBL23SUにおいて多段式イオンチェンバーを用いた光子束の絶対値測定を行い、フォトダイオード及びAuによる結果と比較した。光子束の測定は光エネルギーが487,571,688,868,1078eVの5点に対して行った。イオンチェンバー内に導入するガスはアルゴンを用いた。それぞれの光エネルギーに対してガス圧を10$$^{-2}$$Pa~10$$^{2}$$Pa台まで変化させ光イオン電流を測定し、その結果を解析することにより光子束を求めた。得られた光子束はリングカレント100mAあたり2.07$$times$$10$$^{10}$$~3.13$$times$$10$$^{11}$$(photons/s)となり、光エネルギーとともに増加する傾向を示した。フォトダイオードとの比較では571eV以下では両者の測定は誤差の範囲内で一致するがエネルギーが高くなるにつれて差が大きくなり、1078eVではイオンチェンバーに比べてフォトダイオードの方が33%小さい値を示した。

報告書

地下水中の原位置ラドン測定手法に関する研究(継続)

田阪 茂樹*

JNC-TJ6400 2000-007, 48 Pages, 1999/03

JNC-TJ6400-2000-007.pdf:1.23MB

平成8年度フォトダイオード(PD)を用いた水中ラドン検出器(PD水中ラドン検出器)が開発された。この検出器を試錐孔の深さ1mに投入して、水中ラドン濃度を測定している。水中に溶解しているラドンガスは検出器の底部開口端に装置されている機能性ガス分離膜を透過して検出器に入ってくる。検出器内のラドンは崩壊してラドン娘核種を生成する。このとき娘核種は正イオンになっているので、静電捕集法を用いてPDの表面に集められ、それらの放出するアルファー線のエネルギーを高精度で測定する。平成9年12月から、PD水中ラドン検出器を使用して、露天掘場跡地中央のH1試錐孔における観測を開始した。しかし、この井戸では地下水の流動が非常に少なく、硫化水素やメタンなどの不純ガスが発生して水中に溶解しており、ラドンガスといっしょに検出器内に入ってくる。そのため、PDを用いた静電捕集法では、ラドン娘核種が不純ガスや水蒸気の影響で電気的中和作用をおこして、ラドン検出器感度が低下することが判明した。そこで平成10年度は、光電子増倍管(PMT)とシンチレーターの組み合わせによる水中ラドン検出器(PMT水中ラドン検出器)の開発に取り組んだ。PMT水中ラドン検出器は静電捕集法を用いてないので、PD水中ラドン検出器よりも効率よくラドンを検出器よりも効率よくラドンを検出できることが期待される。光電子増倍管には浜松ホトニクス(株)の「R7354」を、シンチレータは化成オプトニクス(株)の「ZnS:Ag」を用いた。新たにPMT用の増幅回路と高圧回路を製作した。検出容器はPD水中ラドン検出器とまったく同じのものを使用した。次の3つの異なるガス雰囲気中でラドンの検出感度を求める実験を行った。第1は二酸化炭素ガス雰囲気中、第2は窒素ガス雰囲気中、第3は純空気中で相対湿度が10%から60%の雰囲気中のであるその結果、PMT水中ラドン検出器のラドン濃度校正係数は、3つの異なるガス雰囲気中でも、0.59$$pm$$0.07[(count/h)/(Bq/m3)]とほぼ誤差の範囲内で一定であることが分かった。一方、PD水中ラドン検出器のラドン濃度校正係数は、0.045から0.089[(count/h)/(Bq/m3)]の範囲で変化することが分かった。新しく開発されたPMT水中ラドン検出器は、PD水中ラドン検出器と比較して、約7倍以上のラドン検出感

論文

An Automated single ion hit at JAERI heavy ion microbeam to observe individual radiation damage

神谷 富裕; 酒井 卓郎; 内藤 豊*; 浜野 毅*; 平尾 敏雄

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 158(1-4), p.255 - 259, 1999/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:52.28(Instruments & Instrumentation)

原研高崎重イオンマイクロビーム装置において、マイクロビーム走査、試料描画及びシングルイオンヒットシステムが組み合わされて自動ビーム照準シングルイオン照射システムが製作された。これを用いてあらかじめ設定された任意のヒットパターンで短時間にかつ自動的に試料へのシングルイオン照射が可能である。この技術は、シングルイベント過渡電流測定等により、1つ1つのイオンの入射に伴う個々の照射損傷を評価するために確立されたものである。今回の実験では、固体飛跡検出器CR-39を用いて、シングルイオンヒットパターンと照射位置精度の評価を行った。また、粒子検出器としてのSi PINフォトダイオードへの同一ヒットポイントへのくりかえしシングルイオン照射によって、個別の損傷の蓄積効果を観察した。

論文

Optical resonator matching for JAERI free electron laser

西森 信行; 峰原 英介; 杉本 昌義; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏

Review of Scientific Instruments, 69(1), p.327 - 328, 1998/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:49.78(Instruments & Instrumentation)

自由電子レーザーでは、電子ビームの繰り返し周波数が固定されている。従って共振器に入射してくる電子ビームと共振器中を往復する光とが重なりあうように、共振器長を定めてやる必要がある。我々は電子ビームの繰り返し周波数に同期した、パルス幅80fsのモード同期型チタンサファイアレーザーを光共振器に入射して実験を行った。ストリークカメラで観測される時間構造から、100$$mu$$m程度での距離調整後、波の重ね合わせによる光の増大をフォトダイオードで観測し、共振器長を1$$mu$$m程度の精度で調整することに成功した。

論文

感温液晶による温度測定に関する研究,第2報; 計測の高速化

森本 俊一*; 秋野 詔夫; 一宮 浩市*

日本機械学会論文集,B, 63(611), p.220 - 223, 1997/07

感温液晶は、温度に応じた色彩を呈するため、温度分布の定性的可視化観察に広く用いられており、最近はテレビカメラを用いた色彩計測技術の普及とともに温度分布の定量的高精度計測技術としても注目されている。さらに、高速現象への適用が期待され、そのために感温液晶の色彩変化の時定数の評価が不可欠である。そこで、高速色彩計測系の開発を行った。まず、感温液晶の分光反射特性とフォトダイオードの分光感度特性を用いて計測システムの出力特性を予測する計算を行い、波長特性を有する2個の高速応答性の高感度アバランシェ・フォトダイオードを用いる計測システムが良好な特性を有することを見いだした。次いで、計測系を組み立て感温液晶の色彩変化特性を実測し、ほぼ予測通りの測定精度と範囲を有することを明らかにした。この成果によって、感温液晶温度測定の可能性を広げることができた。

報告書

地下水中の原位置ラドン測定装置の開発に関する研究

not registered

PNC-TJ6622 97-001, 38 Pages, 1997/03

PNC-TJ6622-97-001.pdf:1.33MB

地下水中のラドンの挙動解析をするために、地下水中の原位置ラドン測定装置の開発とその実用試験を行った。本測定装置は検出部とデータロガー部から構成されている。検出部は直径60mm、長さ300mmで、数10mの試錐孔に直接投入することができ、ラドンガスは開口部に装着されている機能性ガス分離膜を通過して検出部に導入され、PINフォトダイオードを用いて静電捕集法で検出される。またデータロガー部は商用交流電源のない屋外でも、自動車用鉛畜電池4個で約60日間の連続観測が可能で、観測終了後は押しボタンスイッチでパソコンにラドンデータを転送することができる。本装置の実用試験が、平成8年12月17日から動力炉・核燃料開発事業団人形峠事業所夜次露天採掘場跡地のNo.18とNo.17モニタリング試錐孔と用いて実施された。No.17は平成9年1月29日で終了して、No.18は約8ヶ月間にわたり現在も継続されている。これらの観測結果から次のような観測事実が判明した。(1)平成8年12月17日から平成9年3月31日の観測期間では冠雪と雪解けによる水中ラドン濃度の変動が顕著である。約20m離れたNo.17とNo.18試錐孔の、冠雪による水中ラドン濃度の変化の様子は大きく異なることが判明した。冠雪によってNo.18試錐孔では水中ラドン濃度は約10倍の50(Bq/l)に急激に増加し、No.17試錐孔では水中ラドン濃度は約10分の1の0.06(Bq/l)まで減少した。(2)平成9年4月1日から平成9年7月21日の観測期間では、水中ラドン濃度は222Rnの崩壊曲腺に従って減衰する時期と、降雨によって急に増加する時期が繰り返し観測された。No.18試錐孔においては、平成9年5月21日、5月27日、6月6日、6月28日、7月8日の降雨による水中ラドン濃度のはっきりした増加が5例観測された。そのうち、平成9年6月28日と7月8日の降雨において、日雨量によるラドン濃度増加率を求めてみると約15[(Bq/m3)/mm]と測定された。

論文

感温液晶による温度計測の高速化

秋野 詔夫; 一宮 浩市*; 森本 俊一*; 久保 真治; 鷺谷 昭二郎*; 中西 真行*

第32回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 0, p.307 - 308, 1995/05

感温液晶は、温度により様々な色彩を提示するので、リアルタイムに温度分布を可視化計測する用途に最近よく利用されている。本報告は、高速で変化する温度場を感温液晶で計測することを目的として、光・色彩計測の高速化を試みた結果について述べるものである。まず、液晶の分光反射率を測定し、そのデータを用いて高速光センサーの出力特性を予測計算した。その結果より、異なった分光感度特性を有する2種のアバランシェフォトダイオードの出力の比が、広い温度範囲で温度と良い相関を有することを見出した。次いで、実際的に確認実験を行い、従来の方法と較べて広い温度範囲で精度良く温度測定ができることを示した。

報告書

Electron temperature profile measurement using the filter absorption method in JT-60

永島 圭介; 西谷 健夫; 竹内 浩

JAERI-M 89-226, 23 Pages, 1990/01

JAERI-M-89-226.pdf:0.53MB

JT-60において、2列16チャンネルに配置したPINダイオード検出器を用いて、吸収膜法により電子温度分布を測定した。吸収膜法を用いた場合の誤差評価を、特に不純物の共鳴線について実施した結果、誤差は10-20%程度であることが分かった。この値は、本測定と他の測定法から得られた結果を比較することにより確認でき、線平均電子密度が1.5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$以下の低電子密度領域を除いて、本測定法が十分利用できることが確認された。

論文

フォトダイオードによるシンチレーション光の測定および光電子増倍管測定との比較

阪井 英次

放射線, 12(3), p.22 - 31, 1986/00

11種類の小形シンチレータの各々と結合したシリコンフォトダイオードの$$gamma$$線検出特性を測定し、同じシンチレータを光電子増信管と結合した場合と比較した。シンチレータはCsI(Na),CsI(Tl),NaI(Tl),CdWO$$_{4}$$,CaF$$_{2}$$(Eu),GSO,BGO,CsI(pure),BaF$$_{2}$$,NE905,NaI(pure)である。CsI(Tl),CsI(Na),NaI(Tl),CWO,GSO,BGO,BaF$$_{2}$$のフォトダイオード測定から1MeV$$gamma$$線当たりの電子正孔対数、1光子当たりの平均エネルギー、絶対シンチレーション効率が得られた。光電子増信管についても同様の値を求めた。光電子増信管ではCsI(Na),CsI(Tl),NaI(Tl),CsI(pure)の半値幅エネルギー分解能の$$gamma$$線エネルギー依存性は「固有波高拡がり」を明白に示した。

報告書

フォトダイオードを用いたH$$_{alpha}$$光のポロイダル分布測定装置とその較正

三浦 幸俊; 河西 敏; 玉井 広史; 長谷川 浩一

JAERI-M 85-192, 21 Pages, 1985/11

JAERI-M-85-192.pdf:0.62MB

シリコンフォトダイオード(S1226-5BQ)とOPアンプにより、H$$_{alpha}$$光のポロイダル分布測定装置を製作し、He-Neレーザー光により、その絶対放射感度を測定した。装置のチャンネル数は、高速応答でペレット入射時におけるその蒸発量をモニタするためのファーストタイプ8チャンネルと、通常の動作ガスからの放射光を測定するスロータイプ36チャンネルである。較正実験により、ファーストタイプの立ち上がり時間は、約2.8$$mu$$secであり、絶対放射感度は、72.7V/Mw(照射波長633nm)であった。スロータイプの立ち上がり時間は、約350$$mu$$secであり、絶対放射感度は、18.2V/$$M$$w(照射波長633nm)であった。

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