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論文

Spectroscopic measurements of L X-rays with a TES microcalorimeter for a non-destructive assay of transuranium elements

中村 圭佑; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 杉本 哲也*; 木口 優*; 伊豫本 直子*; 満田 和久*

Journal of Low Temperature Physics, 193(3-4), p.314 - 320, 2018/11

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

Spectroscopic measurement of L X-ray is one of important techniques for a non-destructive assay of transuranium (TRU) elements because L X-rays of the energy ranging from 10 to 25 keV are emitted following internal conversion after the alpha-decay of TRU elements. For identification of L X-ray peaks of TRU elements, the energy resolution of the detector is required to be lower than 100 eV of the full width at half maximum (FWHM). In this work, a transition-edge-sensor (TES) microcalorimeter was operated for spectroscopic measurements of L X-rays emitted from a Np-237 and Cm-244 source. Typical L X-ray peaks of Pa, U and Pu elements were clearly identified in the obtained energy spectra. The FWHM energy resolution of the TES microcalorimeter was obtained to be 32.7 eV at Pu L alpha1 X-ray peak of 14.28 keV with natural line width of 12.20 eV. We considered a feasibility of a non-destructive assay of TRU elements with experimental L X-ray spectra obtained by the TES microcalorimeter.

論文

Recovery of radiation degradation on inverted metamorphic triple-junction solar cells by light soaking

柴田 優一*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 大岡 幸代*; 高本 達也*

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.65 - 68, 2015/11

次期の高効率薄膜宇宙用太陽電池として逆積み格子不整合型(IMM)三接合太陽電池の開発が進められている。最近、IMM三接合太陽電池に関して、放射線により劣化した特性が光照射により回復する現象が見いだされたが、その詳細は明らかになっていない。そこで、1MeV電子線を3$$times$$10$$^{15}$$ e$$^-$$/cm$$^2$$照射することで劣化させたIMM三接合太陽電池の光照射回復現象を調べた。その結果、3時間の光照射(AM0、1sun)によって開放電圧が43mV回復することが判明した。また、太陽電池中に残留する欠陥について調べるためにエレクトロルミネセンス測定したところ、InGaP, GaAs, InGaAsの三層のうち、InGaPトップセルのエレクトロルミネセンス強度が光照射後に増加していることがわかった。このことから、光照射による回復は、InGaPトップセル中の欠陥が回復したことに起因することが明らかとなった。

論文

Measurement of ion beam induced current in quantum dot solar cells

中村 徹哉*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 菅谷 武芳*; 望月 透*; 岡野 好伸*; 大島 武

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.73 - 76, 2015/11

量子ドット太陽電池の放射線劣化メカニズムの解明を目指し、ガリウムひ素(GaAs)半導体中に量子ドットを含むi層を導入したpin太陽電池の放射線照射効果に関する研究を推進している。これまでに、量子ドット太陽電池は放射線照射により曲線因子(FF)が大きく劣化することを報告しているが、今回は、そのメカニズムを明らかにするために、低エネルギー陽子線照射によって生成する電流(イオンビーム誘起電流: IBIC)を測定し、空乏化している量子ドット層内での少数キャリアの振る舞いを調べた。陽子線のエネルギーは量子ドット層に損傷が導入されるような条件とし、結晶損傷が蓄積されることで生成電流がどのように減少していくかを観察した。その結果、陽子線照射によって量子ドット層内に蓄積した欠陥に起因するキャリア収集効率の低下がFF劣化の主要因であることが明らかとなった。

論文

無人飛行機モニタリングシステムUARMS用放射線検出器の開発と適用試験

眞田 幸尚; 山田 勉; 石橋 聖; 鳥居 建男

第57回自動制御連合講演会講演論文集(USB Flash Drive), p.695 - 698, 2014/11

原子力機構では宇宙航空開発機構と共同で無人飛行機を用いた放射線モニタリングシステムの開発を行っている。無人飛行機は、現在、福島第一原子力発電所周辺でモニタリングに使用している無人ヘリコプターと比較し、長時間及び長距離のフライトが可能であり、緊急時にも遠隔で迅速にモニタリングできるメリットがある。本発表では、無人航空機で想定されるミッションに合わせた検出器の開発と事故の影響のある福島県で実施した適用試験の結果について述べる。

論文

Investigation of single-event damages on silicon carbide (SiC) power MOSFETs

水田 栄一*; 久保山 智司*; 阿部 浩之; 岩田 佳之*; 田村 貴志*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 61(4), p.1924 - 1928, 2014/08

 被引用回数:23 パーセンタイル:3.93(Engineering, Electrical & Electronic)

Radiation effects in silicon carbide power MOSFETs caused by heavy ion and proton irradiation were investigated. In the case of ions with high LET, permanent damage (increase in both drain and gate leakage current with increasing LET) was observed and the behavior is similar to the permanent damage observed for SiC Schottky Barrier diodes in our previous study. In the case of ions with low LET, including protons, Single Event Burnouts (SEBs) were observed suddenly although there was no increase in leakage current just before SEBs. The behavior has not been observed for Si devices and thus, the behavior is unique for SiC devices.

論文

First flight demonstration of glass-type space solar sheet

島崎 一紀*; 小林 祐希*; 高橋 眞人*; 今泉 充*; 村島 未生*; 高橋 優*; 豊田 裕之*; 久木田 明夫*; 大島 武; 佐藤 真一郎; et al.

Proceedings of 40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-40) (CD-ROM), p.2149 - 2154, 2014/06

ガラス型スペースソーラーシート(G-SSS)はインジウムガリウムリン(InGaP)とガリウム砒素(GaAs)によって構成される2接合太陽電池と、さらにゲルマニウム層を含むInGaP/GaAs/Ge 3接合太陽電池のふたつの太陽電池からなり、厚さが0.5mm以下の軽量太陽電池シートである。G-SSSは小型科学人工衛星「ひさき」(SPRINT-A)に搭載され、2013年9月14日に打ち上げられた。運用期間中に得られたデータからG-SSSは正常に動作していることが確認でき、本プロジェクトはIII-V族多接合薄膜太陽電池を用いたG-SSSの世界初実証実験となった。G-SSSの太陽電池は、高崎量子応用研究所での放射線照射試験等、様々な地上試験から予測されていた通りの優れた性能を示しており、新型軽量ソーラーパドルの実用化に貢献する成果を得た。

論文

2013 IEEE NSS/MIC/RTSDに参加して

長尾 悠人

放影協ニュース, (78), p.14 - 15, 2014/01

IEEE(米国電気電子学会)が主催する放射線検出器及びイメージングに関する国際会議2013 IEEE NSS/MIC/RTSDが2013年10月27日から11月2日まで、韓国のソウルで開催された。世界各国から約2400名が参加し、1683件の発表があった。会議は主にNSS, MIC, RTSDの各分野のセッション及び分野間のジョイントセッションからなり、各セッションは口頭またはポスター発表となっていた。NSSは、原子核科学、放射線計測、高エネルギー物理学、宇宙物理学などに関する会議で、放射線計測の基礎から応用まで、内容が多岐にわたっていた。MICは、イメージングの物理的,工学的,数学的側面からの研究に関する会議で、放射線を用いたイメージング装置(CT, PET, SPECT、コンプトンカメラなど)にとどまらず、MRI、光イメージング、超音波イメージングやそれらの融合(マルチモダリティ)など、イメージングに関する幅広い内容を扱っていた。特に、粒子線治療のイメージングに関しては、Special Focus Workshopの一つとしても開催され、注目を集めていた。RTSDは、半導体放射線検出器の開発と応用に関する会議で、中性子検出器も重要なテーマとなっていた。また、企業による展示・セッションや、ショートコース、リフレッシャーコースといった教育的なプログラムも用意されており、口頭・ポスターセッションと併せて大変有益な情報を得ることができた。

論文

Quantum-well solar cells for space; The Impact of carrier removal on end-of-life device performance

Hoheisel, R.*; Gonz$'a$lez, M.*; Lumb, M.*; Scheiman, D.*; Messenger, S. R.*; Bailey, C. G.*; Lorentzen, J.*; Tibbits, T. N. D.*; 今泉 充*; 大島 武; et al.

IEEE Journal of Photovoltaics, 4(1), p.253 - 259, 2014/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.77(Energy & Fuels)

現在宇宙用太陽電池の主流となっているIII-V族半導体多接合太陽電池の更なる高効率化および耐放射線性向上のために、多重量子井戸(MQW)構造の導入が試みられているが、その放射線劣化メカニズムについては明らかにされていない。本研究では、MQW構造を有する太陽電池の放射線照射効果について、実験およびシミュレーションを行った。一般的に、太陽電池の放射線劣化の主因は少数キャリア寿命の減少とキャリア枯渇効果であるが、MQW構造を持つデバイスにおいては、キャリア枯渇効果が通常よりも劣化に強く影響することが明らかとなった。また、放射線照射量の増加に伴い、MQW層の伝導型変化が起こり、MQW層が位置するエミッタ・ベース間の電界強度を狭窄させることが分かった。

論文

Temperature influence on performance degradation of hydrogenated amorphous silicon solar cells irradiated with protons

佐藤 真一郎; 齋 均*; 大島 武; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 近藤 道雄*

Progress in Photovoltaics; Research and Applications, 21(7), p.1499 - 1506, 2013/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.07(Energy & Fuels)

室温及び高温(60$$^{circ}$$C)での水素化アモルファスシリコン太陽電池の陽子線照射劣化挙動を調べた。照射前後の電気特性を比較したところ、高温照射での劣化は室温照射よりも優位に小さくなることがわかった。また、室温でもすべての電気特性パラメータ(短絡電流,開放電圧,最大出力,曲線因子)が回復することがわかった。熱回復が指数関数的に起こると仮定して短絡電流の特性時間を求めると、高温ほど特性時間が大きく、特性の回復が温度に起因しているが、室温から60$$^{circ}$$Cの範囲でさえその差が有意に現れることが明らかとなった。これは、従来の三接合太陽電池などと比較して温度の影響がはるかに大きいということを意味しており、水素化アモルファスシリコン太陽電池の照射実験においては照射中温度や照射後の経過時間をかなり厳密にコントロールする必要があるといえる。

論文

Comparative study on degradation characteristics of component subcells in IMM triple-junction solar cells irradiated with high-energy electrons and protons

今泉 充*; 中村 徹哉*; 田島 道夫*; 佐藤 真一郎; 大島 武

Proceedings of 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-39) (CD-ROM), p.3243 - 3248, 2013/06

逆積み格子不整合型(IMM)三接合太陽電池の構成要素である、InGaP, GaAs, InGaAs(In=20%), InGaAs(In=30%)単接合太陽電池の10MeV陽子線及び1MeV電子線による劣化を調べ、その放射線耐性を比較した。単接合太陽電池の放射線耐性の比較は、宇宙用IMM三接合太陽電池の設計、開発にあたって不可欠な知見である。比較の結果、InGaP単接合太陽電池が最も耐性が高いことがわかった。一方で、InGaAs単接合太陽電池はその性能の指標となる短絡電流(Isc)の劣化が他の太陽電池と比べて顕著であり、特に電子線に対して耐性が低く、陽子線に対してはGaAs太陽電池と同程度の耐性を示すことがわかった。

論文

Estimation of subcell photocurrent in IMM3J using LED bias light

中村 徹哉*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 大島 武

Proceedings of 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-39) (CD-ROM), p.0696 - 0700, 2013/06

外部量子効率からではなく、電流電圧特性から多接合太陽電池におけるサブセルの光電流を見積もる手法を考案した。逆方向飽和電流密度とシャント抵抗をエレクトロルミネセンス法とLEDバイアス光照射法を用いて求めることによって、各サブセルの光電流を見積もることが可能となる。3MeV陽子線照射後の逆積み格子不整合型(IMM)三接合太陽電池の最大出力を見積もったところ、実験値と良い一致を示したことから、本手法の有効性が示された。

論文

A Study on the artifact external quantum efficiency of Ge bottom subcells in triple-junction solar cells

管井 光信*; 原田 次郎*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 大島 武

Proceedings of 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-39) (CD-ROM), p.0715 - 0720, 2013/06

三接合太陽電池のGeボトムセルは、分光感度測定において波長700-800nm付近に見かけ上の外部量子効率を発生させ、GaAsミドルセルの外部量子効率を見かけ上減少させる。この現象は「アーチファクト」と呼ばれているが、その原因は明らかになっていない。本研究では、イオン照射によるアーチファクトの変化を調べ、GaAsミドルセルが劣化するとアーチファクトも減少することから、GaAsのフォトルミネッセンスがアーチファクトの原因のひとつであることが示唆された。

論文

Radiation study in quantum well III-V multi-junction solar cells

Gonz$'a$lez, M.*; Hoheisel, R.*; Lumb, M.*; Scheiman, D.*; Bailey, C. G.*; Lorentzen, J.*; Maximenko, S.*; Messenger, S. R.*; Jenkins, P. P.*; Tibbits, T. N. D.*; et al.

Proceedings of 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-39) (CD-ROM), p.3233 - 3236, 2013/06

多重量子井戸(MQW)構造をもつInGa$$_{0.51}$$P/MQW-In$$_{0.01}$$Ga$$_{0.99}$$As/Ge三接合太陽電池と、その構成サブセルについて1MeV電子線と3MeV陽子線照射による放射線耐性評価を行った。発電特性評価に加え、電流・電圧特性、外部量子効率測定、エレクトルミネッセンス測定を行い、特性劣化の詳細を明らかにした。その結果、ミドルセル(MQW-In$$_{0.01}$$Ga$$_{0.99}$$As)の劣化が顕著であり、これが三接合太陽電池全体の劣化特性を支配していることから、MQW構造のさらなる改善が必要であることが明らかとなった。

論文

Radiation effects in solar cells

今泉 充*; 大島 武

Proceedings of SPIE, Vol.8725 (CD-ROM), 8 Pages, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.27

太陽電池の照射効果及び宇宙用太陽電池開発に関して発表する。陽子線や電子線による単接合のシリコン太陽電池やInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の特性の劣化挙動及び劣化メカニズムを紹介する。特に、三接合太陽電池で見られる複雑な劣化挙動に関して、各サブセルの分光感度の特性劣化を光デバイスシミュレータに組み込むこと、さらに、放射線による結晶損傷量を非イオン化エネルギー損失(NIEL)で表すことで三接合太陽電池の劣化予測が可能な「劣化モデル」の開発に成功した成果について述べる。加えて、太陽電池の劣化機構の解明研究で得られた知見をもとに現在開発を進めている最新の高耐放射線性の薄膜三接合太陽電池の開発状況についても説明する。

論文

Three-dimensional and multienergy $$gamma$$-ray simultaneous imaging by using a Si/CdTe Compton camera

鈴木 義行*; 山口 充孝; 小高 裕和*; 島田 博文*; 吉田 由香里*; 鳥飼 幸太*; 佐藤 隆博; 荒川 和夫*; 河地 有木; 渡辺 茂樹; et al.

Radiology, 267(3), p.941 - 947, 2013/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.09(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)

Capabillity tests of 3D imaging for medical applications were performed by using a new Compton camera. $$^{18}$$F, $$^{131}$$I and $$^{67}$$Ga separately compacted into micro tubes were injected subcutaneously into a Wister rat and imaged after sacrifice of the rat (ex-vivo model). In a separate experiment $$^{111}$$In-chloride and $$^{131}$$I-Methylnorcholestenol were injected into a rat intravenously and $$^{64}$$Cu was injected into the stomach orally just before imaging (more physiological model). The Compton camera demonstrated its 3D multinuclear imaging capability by separating out the three nuclear distributions clearly in ex-vivo model. In the more physiological model, the distributions of $$^{131}$$I and $$^{64}$$Cu were clearly imaged although $$^{111}$$In was difficult to visualize due to blurring at low energy region of $$gamma$$-ray. In conclusion, our new Compton camera successfully demonstrated highly resolved multiplanar and multinuclear $$gamma$$-ray simultaneous imaging.

論文

Applicability of redundant pairs of SOI transistors for analog circuits and their applications to phase-locked loop circuits

槙原 亜紀子*; 横瀬 保*; 土屋 義久*; 宮崎 良雄*; 阿部 浩之; 新藤 浩之*; 海老原 司*; 丸 明史*; 森川 剛一*; 久保山 智司*; et al.

IEEE Transactions on Nuclear Science, 60(1), p.230 - 235, 2013/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Engineering, Electrical & Electronic)

デジタル回路において放射線耐性を飛躍的に向上させる技術として既に確立されているRadiation Hardening By Design (RHBD)技術の一つであるSOIトランジスタペアをカレントミラー回路等のアナログ回路にも拡大可能であることを検証した。具体的にはそのアナログ回路を適用したPLL回路を実際に作製し、TIARAサイクロトロン加速器を用いてイオン照射を実施した。その結果すぐれた耐放射線性を有することを確認した。

論文

Change in the electrical performance of GaAs solar cells with InGaAs quantum dot layers by electron irradiation

大島 武; 佐藤 真一郎; 今泉 充*; 中村 徹哉*; 菅谷 武芳*; 松原 浩司*; 仁木 栄*

Solar Energy Materials and Solar Cells, 108, p.263 - 268, 2013/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:44.92(Energy & Fuels)

量子ドット(QD)太陽電池の宇宙応用の可能性を調べるため、In$$_{0.4}$$Ga$$_{0.6}$$As QD層を50層有するGaAs太陽電池に1MeV電子線を1$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$照射した。照射後、短絡電流I$$_{rm SC}$$,開放電圧V$$_{rm OC}$$及び最大電力P$$_{rm MAX}$$は、それぞれ、初期値の80, 90及び55%まで減少した。一方、無QDのGaAs太陽電池は、それらの値は、それぞれ、95, 80及び63%まで低下した。QD太陽電池のI$$_{rm SC}$$が無QDに比べ大きく劣化した理由は、QD太陽電池の光吸収層が1.1$$mu$$mと無QD太陽電池の660nmに比べ厚く、そのため、発生する照射欠陥が特性劣化に及ぼす影響が大きくなったためと考えられる。一方、光吸収層長に直接影響しないV$$_{rm OC}$$は、QD太陽電池の方が無QDに比べ劣化が小さく、QDの優れた耐放射線性が示唆された。さらに、照射後の特性回復をAM0光照射下で室温にて調べたところ、両太陽電池ともに特性の回復現象が観測された。QDの有無にかかわらず回復が観察されたことからQD特有の現象ではなく、GaAsのようなIII-V族半導体で報告されている光注入による劣化特性の回復であると考えられる。

論文

An Evaluation of three-dimensional imaging by use of Si/CdTe Compton cameras

山口 充孝; 長尾 悠人; 河地 有木; 藤巻 秀; 神谷 富裕; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 武田 伸一郎*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.

Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record (NSS/MIC), 3 Pages, 2013/00

A Monte Carlo simulation system was developed to estimate the response of Compton camera against $$gamma$$-ray emissions from RI spots in a PET-standard human-body phantom. The quality of the three-dimensional imaging program for the Si/CdTe Compton camera to reconstruct the image of the RI spots in a phantom was evaluated by the system, when the phantom has three hot sphere-regions with the same known RI density and different diameters, in other words, different known intensities. The density values of the hot regions reconstructed by the three-dimensional imaging program for the Compton camera were consistent to the known intensities of the RI. It demonstrates sufficient quality of the program for Si/CdTe Compton camera to image RI spots in the phantom.

論文

A New method for monitoring beam range by measuring low energy photons

山口 充孝; 鳥飼 幸太*; 河地 有木; 島田 博文*; 佐藤 隆博; 長尾 悠人; 藤巻 秀; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.

Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record (NSS/MIC), 2 Pages, 2013/00

We studied a new method to monitor a beam range in heavy-ion radiation therapy on the basis of measurement of low energy photons emitted from a track of the ion beam. A 290 MeV/u carbon beam was injected into a cylindrical water phantom. A CdTe semiconductor detector with a lead slit having a width of 2 mm was placed at a side of the phantom. In order to measure the position dependence of the low energy photon count, the beam range was varied by changing the energy of injected ions using a binary energy degrader placed about 100 cm upstream of the beam focal point. The measured photon count decreased when the detector got closer to the end point of the beam range and the derivative of the photon count values sharply changed within a depth variation of a few mm in front of the range position. This was explained by our theoretical study assuming secondary electron bremsstrahlung. These results indicate that this new method could be useful to estimate the range position from the observation of bremsstrahlung with an accuracy of a few mm.

論文

High-resolution Compton cameras based on Si/CdTe double-sided strip detectors

小高 裕和*; 一戸 悠人*; 武田 伸一郎*; 福山 太郎*; 萩野 浩一*; 齋藤 新也*; 佐藤 有*; 佐藤 悟朗*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 695, p.179 - 183, 2012/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:14.63(Instruments & Instrumentation)

Si/CdTe半導体両面ストリップ検出器(DSD)を用いた新しいコンプトンカメラの開発を行った。このカメラは、各面において電極が128ストリップ(250$$mu$$mピッチ)で分割されている、厚さ500$$mu$$mのSi-DSDと4層の厚さ750$$mu$$mのCdTe-DSDから成り、ファインピッチのDSDを4mm間隔で積層配置することで、高角度分解能(356keVで4.5度、662keVで3.5度)を有しかつ小型な装置を実現している。許容できる検出効率を保ちつつこのような高解像度を得るために、コンプトン散乱連続スペクトルを用いたエネルギー較正法と、CdTe-DSD内の深度計測を用いたデータ処理法を新たに試みた。さらに、同時マルチエネルギーイメージングの結果を用いて、カメラの撮像能力について詳細な検討を行った。

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