超伝導検出器を使った全固体ワンチップの 中性子高速イメージング装置を開発

• 公立大学法人大阪府立大学
• 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• J-PARCセンター
• 国立研究開発法人情報通信研究機構

概要

• 全固体の超伝導検出器を開発し、コンパクトな中性子高速イメージングシステムを完成した。詳しくは図1に示しているが、超伝導中性子検出器（つづら折り返し（メアンダ）のニオブ（Nb）細線でできたX座標を調べるX検出器とY座標を調べるY検出器の2つを利用）は平板状で、出力が4端子の検出器である。検出器には10Bが積層されており、10Bと中性子による核反応で軽イオン（4He か 7Liイオン) が放出され、X検出器とY検出器の超伝導Nb細線に同時にホットスポット（超伝導電子が壊れる微小な領域）を作り、それぞれのホットスポットで電磁波信号が発生し、そこからNb細線両端の電極に向けて一定速度で伝搬する。開発したシステムでは、電磁波が4つの電極に到達する時間差を計測して、X座標とY座標を計算できるのである。この時間差計測に時間デジタル変換機（高エネルギー加速器研究機構（KEK)で開発されたKALLIOPE回路を改造）を用いた。大強度陽子加速器施設J-PARCのBL10で実証実験を行い、時間分解能は１ナノ秒、中性子イメージングの空間分解能は22μm（マイクロメーター）を達成し、数十MHz（メガヘルツ）と高速で動作することが分った。今後、この超伝導中性子検出器システムが高分解能の中性子による透過像の撮像に利用されることが期待される。

研究成果のポイント

• ◆空間分解能は22マイクロメーターを達成
• ◆既存の中性子検出器と動作原理が全く異なる装置
• ◆より高精度な非破壊検査に役立つ可能性