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報告書

耐放射線性ダイヤモンド半導体撮像素子の開発(委託研究); 令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 産業技術総合研究所*

JAEA-Review 2021-026, 47 Pages, 2021/11

JAEA-Review-2021-026.pdf:2.16MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、令和元年度に採択された「耐放射線性ダイヤモンド半導体撮像素子の開発」の令和2年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は極めて高い耐放射線性が確認されているダイヤモンド半導体素子を利用して、耐放射線性可視光固体撮像素子の実現を目標として研究開発を行うものである。開発目標として、ダイヤモンド金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)をベースとして電荷結合素子(CCD)の基本動作となる電荷転送動作を確認する。また、ダイヤモンド固体撮像素子が可視光における感度を得るために、中性不純物準位を用いた革新的ダイヤモンドフォトダイオードを試作し評価を行う。

報告書

耐放射線性ダイヤモンド半導体撮像素子の開発(委託研究); 令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 産業技術総合研究所*

JAEA-Review 2020-027, 27 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-027.pdf:2.98MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、「耐放射線性ダイヤモンド半導体撮像素子の開発」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は極めて高い耐放射線性が確認されているダイヤモンド半導体素子を利用して、耐放射線性可視光固体撮像素子の実現を目標として研究開発を行うものである。開発目標として、ダイヤモンド金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)をベースとして電荷結合素子(CCD)の基本動作となる電荷転送動作を確認する。また、ダイヤモンド固体撮像素子が可視光における感度を得るために、中性不純物準位を用いた革新的ダイヤモンドフォトダイオードを試作し評価を行う。

論文

Equilibrium and non-equilibrium charge-state distributions of 2.0 MeV/u carbon ions passing through carbon foils

今井 誠*; 左高 正雄*; 松田 誠; 岡安 悟; 川面 澄*; 高廣 克己*; 小牧 研一郎*; 柴田 裕実*; 西尾 勝久

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.172 - 176, 2015/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:73.32(Instruments & Instrumentation)

炭素薄膜通過後の2.0MeV/uの炭素イオンについて平衡状態および非平衡状態の両方の電荷分布を実験的に調べた。測定された電荷状態分布は、10$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで平衡に達し、これは98$$mu$$g/cm$$^{2}$$の最大標的厚さまで変化しなかった。平衡電荷分布、平衡平均電荷、および平衡分布の幅と傾きを、ETACHAコードを含むシミュレーション結果だけでなく、既存の半経験式を用いた予測と比較した。C$$^{2+}$$, C$$^{3+}$$, C$$^{4+}$$入射イオンの電荷分布, 平均電荷状態および分布幅は、平衡前の領域で5.7$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで準平衡値に合流し、そして同じ速度での硫黄イオンで既に示されているように、C$$^{5+}$$およびC$$^{6+}$$イオンを含む全ての初期荷電状態についての真の平衡値に到達している。ETACHAと単一電子移動のみを考慮したレート方程式の2種類のシミュレーションを使用することで、測定された電荷状態の変化を定性的に再現した。準平衡な挙動はETACHAコードで再現できるが、初歩的なレート方程式では再現できない。

論文

Cross sections of charge transfer by slow doubly-charged carbon ions from various carbon containing molecules

日下部 俊男*; 塩田 健司*; 久保 博孝; 白井 稔三*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.237 - 239, 2006/00

核融合プラズマ装置においてプラズマ対向面として炭素材料を用いた場合、周辺プラズマには炭素イオンや種々の炭化水素分子が不純物として発生する。これら不純物の挙動をモデル化するには、炭素イオンと炭化水素分子の電荷移行断面積が必要である。われわれは、C$$^{+2}$$と種々の炭化水素分子及びCO, CO$$_2$$の1電子及び2電子の移行断面積を0.7-6keVのエネルギー領域で測定した。その結果、ここで測定したほとんどの場合に対して電荷移行断面積はエネルギー依存性が弱いことがわかった。また、炭化水素分子の1電子移行断面積は炭化水素分子の電離エネルギーに依存することがわかった。一方、2電子移行断面積にはそのような依存性は見られなかった。

報告書

高速中性原子・分子ビーム装置の製作とそのビーム特性評価

鉢上 隼介; 寺岡 有殿

JAERI-Tech 2004-066, 69 Pages, 2004/11

JAERI-Tech-2004-066.pdf:7.44MB

広い範囲の速度を持ち、化学的に活性な原子や分子のイオン及び中性粒子ビームを利用することによって、さまざまな材料表面での化学反応の研究を進展させることを目的として、高速中性原子・分子ビーム装置を製作した。本報告書では装置の詳細と、実際に発生させた酸素原子・分子のイオンビーム及び中性粒子ビームの特性について解説する。本装置はプラズマイオン源,静電レンズ系,質量選別器,電荷交換室から構成された超高真空装置である。加速エネルギーが8keVのとき全酸素イオン電流値は52マイクロアンペア、20eVのときでも17マイクロアンペアが得られている。また、質量分離も良好で、20eVのとき酸素分子イオンビームの電流値は11マイクロアンペア、酸素原子イオンビームでは5.5マイクロアンペアが得られた。イオンビームと酸素ガスとの電荷交換反応によって1平方センチメートルあたり毎秒10の12乗個程度のフラックス密度の中性原子・分子ビームが得られることがわかった。

論文

Total cross sections for charge transfer by multiply charged neon and argon ions colliding with various hydrocarbons at keV energies

日下部 俊男*; 宮本 吉晴*; 石田 力也*; 伊藤 浩二朗*; 畔柳 信洋*; 中井 洋太*; 白井 稔三

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 205, p.600 - 604, 2003/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.17(Instruments & Instrumentation)

$$Ne^{q+}(q=2-6)$$及び$$Ar^{q+}(q=2-9)$$$$CH_4, C_2H_2, C_2H_4, C_2H_6, C_3H_4, C_3H_6, (CH_2)_3, C_3H_8$$の衝突による一電荷及び多電荷の移動断面積を測定した。電荷移動の全断面積は 、一電荷及び多電荷の移動断面積の和によって求めた。ここで扱った多原子分子に対しては、イオンの電荷数と分子の第一電離ポテンシャルを関数として、原子と簡単な分子に対する古典的なオーバー・バリア・モデルでスケーリングできることがわかった。また、電荷移動の全断面積は炭化水素分子の全電子数と結合の数に依存することを見いだした。

論文

The Resonance raman effect of dicaesium uranyl tetrachloride in dimethyl sulfoxide

曽我 猛

Spectrochimica Acta, Part A, 57(9), p.1767 - 1780, 2001/08

ヂメチルスルホオキシド((CH$$_{3}$$)$$_{2}$$SO)溶液中の2セシウム塩化ウラニル(Cs$$_{2}$$UO$$_{2}$$Cl$$_{4}$$)の共鳴ラマンスペクトルを、ウラニルの$$^{1}Sigma_{g}^{+}$$$$^{1}Phi_{g}$$(f-f禁制)電子遷移に共鳴させて測定した。830cm$$^{-1}$$に観測されたウラニルの全対称伸縮振動の相対強度を、10本の励起光の波長(530nm~450nm)に対してプロットしその共鳴ラマンプロファイルを得た。これらを電子吸収スペクトルの変換理論を用いて解析し、$$^{1}Sigma_{g}^{+}$$$$^{1}Phi_{g}$$電子遷移によるウラニルの結合距離の変化及び配位子からウラニルに移動した電子数の知見を得た。その結果、ウラニルへの配位子数が増加すると、配位子からウラニルに移行してくる電子数は、電子的基底状態ではやや増加するが、電子的励起状態では逆に著しく減少することがわかった。

論文

Cross sections for the reaction H$$^{+}$$+H$$_{2}$$(v=0-14)$$rightarrow$$H+H$$_{2}^{+}$$ at low collision energies

市原 晃; 岩本 修; Janev, R. K.*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 33(21), p.4747 - 4758, 2000/11

 被引用回数:58 パーセンタイル:89.78(Optics)

H$$^{+}$$+H$$_{2}$$(v=0-14)$$rightarrow$$H+H$$_{2}^{+}$$反応に対する断面積を、重心衝突エネルギーが2.5から20.0eVの範囲内で計算した。断面積は、H$$_{2}$$の初期振動量子数vが6までは非経験的分子軌道計算から得られたポテンシャル、vが7以上ではdiatomics-in-moleculesモデルポテンシャルを用い、trajectory-surface-hopping法により計算した。得られた断面積は、vが5まではvの増加に伴って急激に増大し、v=5,6でほぼ同じ大きさになる。そしてvが7よりも大きい場合は、断面積はvの増加に伴って減少していくことを見いだした。断面積のv依存性に関して、v$$leq$$5における断面積の増加をポテンシャルの形状特性から説明した。また、v$$geq$$6における断面積の減少は、解離反応の増加が原因となっていることを示した。さらに、得られた断面積から、反応速度係数を、プラズマ及びH$$_{2}$$温度(T,E)が0.1eV$$leq$$T,E$$leq$$5.0eVの範囲内で見積もった。

論文

Dosimetry systems for 5-20MeV/amu heavy charged particle beams

小嶋 拓治; 須永 博美; 滝沢 春喜; 橘 宏行

IAEA-TECDOC-1070, p.197 - 202, 1999/03

TIARA AVFサイクロトロンからの5~20MeV/amuイオンビームを対象とした吸収線量測定を目的として、ファラデーカップ、全吸収型熱量計及びフィルム線量計といった測定システムの開発を行った。リアルタイムのビームモニタに用いるファラデーカップによる粒子フルエンス測定における不確かさを、粒子エネルギー公称値をもとに算出した評価値$$Phi$$$$_{e}$$と実測値$$Phi$$$$_{m}$$を比較することにより評価し、数10pA/cm$$^{2}$$(電荷測定値にして数nc/cm$$^{2}$$)レベルの低フルエンスであっても、平均の$$Phi$$$$_{m}$$/$$Phi$$$$_{e}$$は1.02であることを明らかにした。このフルエンス測定に基づき、アラニンフィルム及びラジオクロミック(FWT-60)測量計のイオンビームに対する線量応答特性を調べた。低LET放射線の場合に比べ、これらの線量計の相対線量応答は線量計素子中の変化を考慮して求めた平均質量衝突阻止能が約100MeV/g/cm$$^{2}$$以上から減少する傾向を示した。

報告書

原子分子衝突素過程研究会報告書,1995年3月14~15日,東海村

原子分子データ研究委員会

JAERI-Conf 95-022, 124 Pages, 1995/12

JAERI-Conf-95-022.pdf:4.05MB

原子分子衝突素過程に関する原子分子データ研究委員会の研究会が、1995年3月14-15日の2日間原研東海研究所で開催された。研究会の主題として、水素、ヘリウムのイオン・原子・分子が関与する衝突素過程を取り上げ、関連する最近の理論・実験研究、核融合サイドからのデータニーズ、及びデータの評価研究の現状に関する講演が行われた。本報告書は、20の講演内容をまとめたものである。主な内容は、化学反応、イオン-分子反応、電荷移動、励起、電離、解離に関するものである。

論文

Recommended cross sections for state-selective electron capture in collisions of C$$^{6+}$$ and O$$^{8+}$$ ions with atomic hydrogen

R.K.Janev*; R.A.Phaneuf*; 俵 博之*; 白井 稔三

Atomic Data and Nuclear Data Tables, 55, p.201 - 232, 1993/00

 被引用回数:20 パーセンタイル:75.47(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

水素原子とC$$^{6+}$$及びO$$^{8+}$$イオンの衝突により特定の状態(n,l)へ電子が捕獲される状態指定電荷移動断面積の理論値の批判的評価を行った。光放出断面積及び全断面積との比較を含むデータの一貫性のチェックを行い、C$$^{6+}$$+H(3$$<$$n$$<$$8)及びO$$^{8+}$$+H(4$$<$$n$$<$$9)の系について20keV/amu~1MeV/amuの衝突エネルギー領域での状態指定断面積の推奨値を求めると共に推奨値に対する解析的表式を導いた。

論文

Application of potential constants; Charge transfer and electric dipole moment change in the formation of heteronuclear diatomic molecules, IV

大和田 謙

Spectrochimica Acta, Part A, 47(12), p.1751 - 1765, 1991/00

累核二原子分子の基準振動解析から得られる調和および非調和ポテンシャル定数を応用して、分子形成時の移動電子数(電荷移動)と電気双極子モーメント変化(関数)を求める方法を検討した。本法は主としてスレーターの軌道展開法に基礎を置き、電子スピンを無視する近似において、分子中の各原子エネルギーが各原子軌道を占有する電子数で展開できるということを利用する。本法の精度と信頼性を確かめるために、多数のアルカリハライド分子、その他の累核二原子分子を例にとり、それらの移動電子数と電気双極子モーメントを計算し、実測値と比較した。特に現在最も信頼しうるHF、OH分子の実測電気双極モーメント関数と詳細な比較を行った結果、本法の有用性を確かめることができた。

報告書

Partial Cross Sections for Charge Transfer in Collisions of Multicharged Ions with Atomic Hydrogen

龍福 廣

JAERI-M 82-031, 127 Pages, 1982/04

JAERI-M-82-031.pdf:1.56MB

水素原子とイオンH$$^{+}$$,He$$^{2}$$$$^{+}$$,Li$$^{3}$$$$^{+}$$,Be$$^{4}$$$$^{+}$$,B$$^{5}$$$$^{+}$$,C$$^{6}$$$$^{+}$$,O$$^{8}$$$$^{+}$$,Ne$$^{1}$$0$$^{+}$$およびSi$$^{1}$$4$$^{+}$$との衝突における電荷移動の部分断面積を衝突エネルギーE=$$>$$10keV/amu(実験系)に対して示した。断面積の計算は励起、電離チャネルを考慮したユニタリー化歪曲波近似法(UDWA)で行った。データは図および表で示した。

論文

Ionization,excitation,and charge-transfer for impacts of H$$^{+}$$,Li$$^{3}$$$$^{+}$$,B$$^{5}$$$$^{+}$$,C$$^{6}$$$$^{+}$$ and Si$$^{1}$$$$^{4}$$$$^{+}$$ ions on atomic hydrogen

龍福 廣

Phys.Rev.,A, 25(2), p.720 - 736, 1982/00

完全チャネル系に基づくユニタリー化歪曲波近似法によりH$$^{+}$$,Li$$^{3}$$$$^{+}$$,B$$^{5}$$$$^{+}$$,C$$^{6}$$$$^{+}$$およびSi$$^{1}$$$$^{4}$$$$^{+}$$イオンが水素原子に衝突した場合の電離、励起、電荷移動断面積を求めた。 電離チャネルを入射粒子に中心を置くクーロン波動関数で表すことにより、「連続状態への電荷移動」を考慮した。 得られた電荷断面積は入射粒子の電荷に対し二次関係よりゆるやかな依存性を示した。 電離・励起チャネルの導入は電荷移動断面積を、衝突エネルギー10keV/amu以上で入射粒子電荷の高い場合に、極めて減少させた。 電荷移動断面積に対するスケーリング則を新たに求め、0.01~500keV/amuのエネルギー範囲で、実験および他の理論と比較した。

論文

Oscillatory behavior of charge transfer cross sections as a function of the charge of projectiles in low-energy collisions

龍福 廣; 佐々木 健; 渡部 力*

Phys.Rev.,A, 21(3), p.745 - 750, 1980/00

水素原子と部分的にストリップされた重イオンの低エネルギー衝突における電荷移動断面積の実験値を解析するために、入射粒子をある有効電荷をもった裸の核におきかえるというモデルを用いてUDWA計算を行なった。その結果、10keV/amu以下の低エネルギー領域において、断面積が有効電荷に対して強い振動依存性を示すことが分った。さらに、この振動依存性はジアバティクポテンシャル曲線の交差から来るものであり、低エネルギーにおいて、BayfieldおよびCrandall他によって観測された断面積が種々の元素(B,C,NおよびO)のイオンを衝突させた場合に非常に異なって来るという結果はこの断面積の振動的挙動に帰着することができることが分った。

論文

Oscillatory cross sections of charge transfer against the charge of projectiles in low-energy collisions

龍福 廣; 佐々木 健; 渡部 力

Atomic Collision Research in Japan, Progress Report, p.38 - 40, 1979/00

水素原子と部分的にストリップされた重イオンとの低エネルギー衝突における電荷移動断面積の実験値を解析するために、入射粒子を一定の有効電荷をもった裸の核に置き代えたモデルを用いて、UDWA計算を行った。計算結果は、10keV/amuの低エネルギー領域において、有効電荷に対する断面積の強い振動依存性があることを示した。この振動性は非断熱ポテンシャル曲線の交差によることが分った。

論文

The Systematic investigation for the total cross section of charge transfer in collision of atomic hydrogen with bare nuclear ions

龍福 廣; 渡部 力

Atomic Collision Research in Japan, Progress Report, p.41 - 45, 1979/00

水素原子にLi$$^{3}$$$$^{+}$$,Be$$^{4}$$$$^{+}$$,B$$^{5}$$$$^{+}$$,C$$^{6}$$$$^{+}$$,O$$^{8}$$$$^{+}$$,Ne$$^{1}$$$$^{0}$$$$^{+}$$,Si$$^{1}$$$$^{4}$$$$^{+}$$およびCa$$^{2}$$$$^{0}$$$$^{+}$$イオンが衝突した場合の電荷移動断面積をUDWA(Unitarized distorted wave approximation)法で計算した。その結果を用いて、イオン電荷に対する断面積のスケーリング則$$sigma$$=Z$$^{1}$$$$^{.}$$$$^{0}$$$$^{7}$$$$sigma$$,$$E$$=Z$$^{0}$$$$^{.}$$$$^{4}$$$$^{6}$$$$^{4}$$$$E$$を導いた。ただし、$$sigma$$,$$E$$は断面積およびエネルギーで、$$sigma$$,$$E$$はスケーリングされた断面積およびエネルギーである。実験値との比較結果、100keV/amu以下のエネルギー範囲では妥当な方法であり、100keV/amu以上では多少過大評価となる方法であることが分った。

論文

Level distribution of captured electron by the process of charge transfer in collisions of multicharged ions with atomic hydrogen

龍福 廣; 渡部 力

Atomic Collision Research in Japan, Progress Report, p.46 - 48, 1979/00

最近の実験装置の発展に伴って、電荷移動過程における捕獲電子の終状態の分布が測定されるようになった。われわれは、このような情況に応じて部分電荷移動断面積の計算を行ない、実験と比較するために結果の整理を行なった。

論文

Charge transfer cross sections for collisions of Li$$^{3}$$$$^{+}$$-,Be$$^{4}$$$$^{+}$$-,B$$^{5}$$$$^{+}$$-,and C$$^{6}$$$$^{+}$$- ions with atomic hydrogen

龍福 廣; 渡部 力

Phys.Rev.,A, 19(4), p.1538 - 1549, 1979/00

Li$$^{3}$$$$^{+}$$,Be$$^{4}$$$$^{+}$$,B$$^{5}$$$$^{+}$$,およびC$$^{6}$$$$^{+}$$イオンと水素原子との衝突における電荷移動断面積を、前に報告したDW法に基づくunitary化方式によって計算した。実験値および他の計算値との比較検討により、本法は2~100keV/amuのエネルギー範囲で極めて有効であり、100keV/amu以上のエネルギー範囲では多少過大評価の傾向があることが分かった。さらに、本法の計算結果を基にイオン電荷に対するスケーリング則を導出した。

論文

Total and partial cross sections for charge transfer in collisions of multicharged ions with atomic hydrogen

龍福 廣; 渡辺 力*

Phys.Rev.,A, 20(5), p.1828 - 1837, 1979/00

ユニタリー化された歪曲波近似(UDWA)法を用いて、Ne$$^{1}$$$$^{0}$$$$^{+}$$+H,Si$$^{1}$$$$^{4}$$$$^{+}$$+HおよびCa$$^{2}$$$$^{0}$$$$^{+}$$+H衝突における全電荷移動断面積をイオン衝突エネルギーが各々0.025-2000,0.025-5000および0.1-10keV/amuの場合について計算した。また、これらの結果を基にイオン電荷に対する断面積のスケーリング則を導いた。入射粒子の個々の軌道への電子捕獲に対する部分断面積を調べた結果、次のことが分った。衝突エネルギーが100keV/amu以下の場合は、最も頻度の高い主量子数はエネルギーに無関係であるが、100keV/amu以上ではエネルギーと共に次第に減少する。また、各運動量量子数に対する終状態の分布には、レベルクロッシングおよび運動量移行の効果が現れていることが確かめられた。

報告書

衝突径数表現による電荷移動断面積の計算

龍福 廣

JAERI-M 6274, 50 Pages, 1975/10

JAERI-M-6274.pdf:1.09MB

原子衝突過程における電荷移動断面積をBorn近似、歪曲波の方法、PSS法および衝突係数法により数値計算する方法についてまとまた。衝突係数表示を用いることにより従来の近似法の構造を明らかにした。また、水素原子または$$alpha$$粒子が水素原子に衝突する過程について計算した結果を実験と比較検討した。

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