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KEK

先端検出器開発ワーキンググループ

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グループリーダー 岸本 俊二

放射光ビームを使って新しい機能を持つ材料の構造と状態を精密に調べ、構造の時間変化を観測、その物質特有の機能が現れるしくみを解明することが期待されています。本WGはこれらの研究を切り開く新しい検出器の開発を行うことを目的としています。たとえば、1)高精細かつ高速読み出しが可能な放射光X線用画像検出器、2)超高速・高時間分解能X線検出器、3)軟X線領域で高速応答可能なパルス型位置およびエネルギー分解能を有する検出器などです。

次世代の検出器システム開発を担う人材を育成することも大切です。若手研究者・技術者のプロジェクトへの参画呼びかけ、成果達成のサポート、プロモーションを行います。他の組織との連携もはかります。

【関連記事】

主なプロジェクト

回路とセンサーが一体となったSOI(Silicon On Insulator)技術による2次元ピクセルアレイX線検出器の開発

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SOIによる高精細X線画像検出器。超精密結晶構造解析、時間分解測定への応用を行う。

隣接した回折像の精密な識別や、軟X線測定のため真空槽内に設置する装置小型化の要求にこたえて、高い空間分解能が求められます。酸化層を介してX線センサー部と信号処理回路系の一体化が実現できるSOIウェハ技術を使ってピクセルサイズ50μm以下の高精細化を可能にします。試料に外から刺激を与えて物質構造の時間変化を研究することは、新しいエレクトロニクス材料の開発などに不可欠となっているため1フレームあたりの画像検出器のデータ記録を1ミリ秒以下で行えるように高速化することが要求されます。ピクセルサイズ30μm、メモリ内蔵により高速現象の連続記録を可能とすることを目標とする、科研費・新学術領域「3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」のもとでの計画研究「放射光を用いた空間階層構造とダイナミクス研究のためのイメージング」が2013年度からスタートしました。

超高速ピクセルアレイ検出器システムの開発

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Si-APDリニアアレイの写真。ピクセルサイズ:200x100μm、64ピクセルが直線配置されている。

シリコン・アバランシェフォトダイオード(Si-APD)のリニアアレイ(直線配列)をX線センサーとする超高速検出器システムの開発が行われています。2012年秋には64ピクセルアレイ(ピクセルサイズ:200x100μm2)による1nsごとの時間分解計数を実現させました。この検出器システムは原子核共鳴散乱を使った物性測定やX線回折強度の時間分解測定に応用されます。PFでのSi-APDをセンサーとするX線検出器の開発と素核研エレクトロニクス・システムグループの超高速ASIC(Application Specific IC)開発やFPGA(Field Programmable Gate Array)を使った高集積度電子回路技術 による共同研究が進展しています。

オージェ電子用30チャンネル・マルチアノードMCP検出器の開発

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PF BL-16A XMCD実験用30-ch マルチアノードMCP 検出器本体

PF BL-16Aで進められる高速偏光スイッチング実験のために開発が進められています。放射光軟X線ビームを照射された試料表面から放出されるオージェ電子を30チャンネル・マルチアノード・マイクロチャンネルプレート(MCP)を使って深さ分解して検出します。2010年度までに高速偏光スイッチング(10Hz)によるX線磁気円二色性(XMCD)実験のテスト測定を実施、検出器各チャンネルからのX線吸収スペクトル測定に成功しました。2011年度より1msあたり104カウントに対応できる高速パルスシステムの製作を行っています。高速パルスアンプとして採用されたASICは、J-PARCミュオンμSR分光器システムに採用されており、素核研E-sysグループの設計によるものです。

その他、PF内では走査型透過X線顕微鏡システムの開発が行われており、WGとして協力を続けています。

メンバー

関連ビームライン

BL-16A (高速偏光スイッチングXMCD実験を実施)

BL-14A (検出器評価・開発研究ステーション)

BL-15A (小角散乱実験ステーション)など。

リンク

物質構造科学研究所 計測システム開発室 (IMSS Instrument R&D team):https://www2.kek.jp/imss/iird/

計測システム開発のための大学・研究機関ネットワーク "Open-It":http://www-osc.kek.jp/

KEK測定器開発室 ピクセル検出器用超高速信号処理システム開発(FPIX)プロジェクト:http://rd.kek.jp/project/fpix/index_j.html

科研費・新学術領域「3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」:http://soipix.jp/index.html