HASEBE, Nobuyuki

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Engineering

Job title

Professor Emeritus

Homepage URL

http://www.hasebe-lab.wise.sci.waseda.ac.jp/html/

Education 【 display / non-display

  • 1974.04
    -
    1977.12

    Waseda University   Department of Physics and Applied Physics   Graduate School of Science and Engineering, Waseda University; Doctor Course  

  • 1972.04
    -
    1974.03

    Waseda University   Department of Physics and Applied Physics   Graduate School of Science and Engineering, Waseda University; Master Course  

  • 1968.04
    -
    1972.03

    Waseda University   Department of Applied Physics   Undergraduate School of Science and Engineering  

Degree 【 display / non-display

  • 早稲田大学   理学博士

Research Experience 【 display / non-display

  • 2015.01
    -
    Now

    National Research Nuclear University (MEPhI)   Visiting Professor:

  • 1998.09
    -
    2018.03

    Waseda University   Research Institute for Science and Engineering   Professor

  • 1997.09
    -
    1998.08

    Ehime Univ.   Faculty of Engineering, Ehime Univ.   Professor

  • 1995.04
    -
    1997.08

    Ehime Univ.   Faculty of Engineering,   Associate Professor

  • 1980.09
    -
    1995.03

    Ehime Univ.   Faculty of General Science   Associate Professor

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Professional Memberships 【 display / non-display

  •  
     
     

    Member of Society of Geomagnetism and Earth, Planetary and Space Sciences

  •  
     
     

    Member of Society of Exploration Geophysicists of Japan

  •  
     
     

    Member of Japanese Society for Planetary Sciences

  •  
     
     

    Member of Japan Society of Applied Physics

  •  
     
     

    Member of the Physical Society of Japan

 

Research Areas 【 display / non-display

  • Applied condensed matter physics   Radiation, Detector Physics

  • Space and planetary sciences

  • Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics   Astroparticle Physics

Research Interests 【 display / non-display

  • Radiation Detector Physics

  • asteroid

  • planet

  • space exploration

  • radiation

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Papers 【 display / non-display

  • Formation of ferroan dacite by lunar silicic volcanism recorded in a meteorite from the Moon

    H. Nagaoka, T.J. Fagan, M. Kayama, Y. Karouji, N. Hasebe, M. Ebihara

    Progress in Earth and Planetary Science     7 - 12  2020  [Refereed]

  • Measurement of electron multiplication and ionization coefficients in high-pressure xenon

    Hiroki Kusano, José A.Matias Lopes, Nobuyuki Hasebe

    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment   937   53 - 58  2019.09  [Refereed]

     View Summary

    © 2019 Elsevier B.V. Electron multiplication in high-pressure pure xenon was studied in the 0.5–3.0 MPa pressure range using a cylindrical proportional counter. The electron multiplication factor and the first Townsend ionization coefficient were determined, thus expanding collective knowledge beyond the previous studies, which were limited to 1.0 MPa. The measured electron multiplication factor falls between 15 and 2400 for the investigated pressure range. The density-reduced first Townsend ionization coefficient in this work is larger than that obtained for low-pressure xenon. In addition, the density-reduced first Townsend ionization coefficient was found to be density dependent. It was also found that the energy resolution deteriorates with increasing pressure. However, when the electron multiplication factor is several hundred, the energy resolution in high-pressure pure xenon was found to be better than that in commonly used xenon-based gas mixtures.

    DOI

  • Potassium and Thorium Abundances at the South Pole‐Aitken Basin Obtained by the Kaguya Gamma‐Ray Spectrometer

    M. Naito, N. Hasebe, H. Nagaoka, C. Wöhler, A. A. Berezhnoy, M. Bhatt, K. J. Kim

    Journal of Geophysical Research: Planets    2019.09  [Refereed]

    DOI

  • Direct Measurement of the Cosmic-Ray Proton Spectrum from 50 GeV to 10 TeV with the Calorimetric Electron Telescope on the International Space Station

    O. Adriani, Y. Akaike, K. Asano, Y. Asaoka, M. G. Bagliesi, E. Berti, G. Bigongiari, W. R. Binns, S. Bonechi, M. Bongi, P. Brogi, A. Bruno, J. H. Buckley, N. Cannady, G. Castellini, C. Checchia, M. L. Cherry, G. Collazuol, V. Di Felice, K. Ebisawa, H. Fuke, T. G. Guzik, T. Hams, N. Hasebe, K. Hibino, M. Ichimura, K. Ioka, W. Ishizaki, M. H. Israel, K. Kasahara, J. Kataoka, R. Kataoka, Y. Katayose, C. Kato, N. Kawanaka, Y. Kawakubo, K. Kohri, H. S. Krawczynski, J. F. Krizmanic, T. Lomtadze, P. Maestro, P. S. Marrocchesi, A. M. Messineo, J. W. Mitchell, S. Miyake, A. A. Moiseev, K. Mori, M. Mori, N. Mori, H. M. Motz, K. Munakata, H. Murakami, S. Nakahira, J. Nishimura, G. A. De Nolfo, S. Okuno, J. F. Ormes, S. Ozawa, L. Pacini, F. Palma, P. Papini, A. V. Penacchioni, B. F. Rauch, S. B. Ricciarini, K. Sakai, T. Sakamoto, M. Sasaki, Y. Shimizu, A. Shiomi, R. Sparvoli, P. Spillantini, F. Stolzi, J. E. Suh, A. Sulaj, I. Takahashi, M. Takayanagi, M. Takita, T. Tamura, T. Terasawa, H. Tomida, S. Torii, Y. Tsunesada, Y. Uchihori, S. Ueno, E. Vannuccini, J. P. Wefel, K. Yamaoka, S. Yanagita, A. Yoshida, K. Yoshida

    Physical Review Letters   122 ( 18 )  2019.05  [Refereed]

     View Summary

    © 2019 authors. In this paper, we present the analysis and results of a direct measurement of the cosmic-ray proton spectrum with the CALET instrument onboard the International Space Station, including the detailed assessment of systematic uncertainties. The observation period used in this analysis is from October 13, 2015 to August 31, 2018 (1054 days). We have achieved the very wide energy range necessary to carry out measurements of the spectrum from 50 GeV to 10 TeV covering, for the first time in space, with a single instrument the whole energy interval previously investigated in most cases in separate subranges by magnetic spectrometers (BESS-TeV, PAMELA, and AMS-02) and calorimetric instruments (ATIC, CREAM, and NUCLEON). The observed spectrum is consistent with AMS-02 but extends to nearly an order of magnitude higher energy, showing a very smooth transition of the power-law spectral index from-2.81±0.03 (50-500 GeV) neglecting solar modulation effects (or-2.87±0.06 including solar modulation effects in the lower energy region) to-2.56±0.04 (1-10 TeV), thereby confirming the existence of spectral hardening and providing evidence of a deviation from a single power law by more than 3σ.

    DOI PubMed

  • Alpha-particle spectrometer based on xenon gas ionization chamber using coplanar electrodes

    N. Hasebe, M. Miyajima, E. Shibamura, A. Hitachi, M. Naito, K. Murakami, H. Kusano, J.A. Matias-Lopes, V.V. Dmitrenko

    Nucl. Instr. Methods, Res. A   25   123 - 127  2019  [Refereed]

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Books and Other Publications 【 display / non-display

  • Nuclear Planetary Science

    N. Hasebe, K.J. Kim, E. Shibamura, K. Sakurai(Vol. 1, 2018, Series Ed. Wing-Huen Ip, World Scientific.)

    Advances in Planetary Science  2018

  • 人類の夢を育む天体“月”

    長谷部 信行, 桜井邦朋

    恒星社厚生閣  2013.01

Misc 【 display / non-display

  • The CALorimetric Electron Telescope (CALET) on the international space station: Results from the first two years on orbit

    Y. Asaoka, O. Adriani, Y. Akaike, K. Asano, M. G. Bagliesi, E. Berti, G. Bigongiari, W. R. Binns, S. Bonechi, M. Bongi, A. Bruno, P. Brogi, J. H. Buckley, N. Cannady, G. Castellini, C. Checchia, M. L. Cherry, G. Collazuol, V. Di Felice, K. Ebisawa, H. Fuke, T. G. Guzik, T. Hams, N. Hasebe, K. Hibino, M. Ichimura, K. Ioka, W. Ishizaki, M. H. Israel, K. Kasahara, J. Kataoka, R. Kataoka, Y. Katayose, C. Kato, N. Kawanaka, Y. Kawakubo, K. Kohri, H. S. Krawczynski, J. F. Krizmanic, T. Lomtadze, P. Maestro, P. S. Marrocchesi, A. M. Messineo, J. W. Mitchell, S. Miyake, A. A. Moiseev, K. Mori, M. Mori, N. Mori, H. M. Motz, K. Munakata, H. Murakami, S. Nakahira, J. Nishimura, G. A. De Nolfo, S. Okuno, J. F. Ormes, S. Ozawa, L. Pacini, F. Palma, V. Pal'Shin, P. Papini, A. V. Penacchioni, B. F. Rauch, S. B. Ricciarini, K. Sakai, T. Sakamoto, M. Sasaki, Y. Shimizu, A. Shiomi, R. Sparvoli, P. Spillantini, F. Stolzi, S. Sugita, J. E. Suh, A. Sulaj, I. Takahashi, M. Takayanagi, M. Takita, T. Tamura, N. Tateyama, T. Terasawa, H. Tomida, S. Torii, Y. Tsunesada, Y. Uchihori, S. Ueno, E. Vannuccini, J. P. Wefel, K. Yamaoka, S. Yanagita, A. Yoshida, K. Yoshida

    Journal of Physics: Conference Series   1181 ( 1 )  2019.03  [Refereed]

     View Summary

    © Published under licence by IOP Publishing Ltd. The CALorimetric Electron Telescope (CALET) is a high-energy astroparticle physics space experiment installed on the International Space Station (ISS), developed and operated by Japan in collaboration with Italy and the United States. The CALET mission goals include the investigation of possible nearby sources of high-energy electrons, of the details of galactic particle acceleration and propagation, and of potential signatures of dark matter. CALET measures the cosmic-ray electron+positron flux up to 20 TeV, gamma-rays up to 10 TeV, and nuclei with Z=1 to 40 up to 1, 000 TeV for the more abundant elements during a long-term observation aboard the ISS. Starting science operation in mid-October 2015, CALET performed continuous observation without major interruption with close to 20 million triggered events over 10 GeV per month. Based on the data taken during the first two-years, we present an overview of CALET observations: 1) Electron+positron energy spectrum, 2) Nuclei analysis, 3) Gamma-ray observation including a characterization of on-orbit performance. Results of the electromagnetic counterpart search for LIGO/Virgo gravitational wave events are discussed as well.

    DOI

  • CURRENT STATUS OF DEVELOPMENT FOR ACTIVE X-RAY FLUORESCENCE SPECTROMETER FOR FUTURE PLANETARY MISSIONS.

    H. Nagaoka, N. Hasebe, H. Kusano, M. Naito, E. Shibamura, H. Kuno, K. J. Kim, J. A. M. Lopes, J. Martinez-Frias

    METEORITICS & PLANETARY SCIENCE   50  2015.08

    Research paper, summary (international conference)  

  • VARIATIONS IN KREEP-ENRICHMENT OF NWA 773 CLAN OLIVINE GABBROS AND BRECCIAS BASED ON WHOLE-ROCK COMPOSITIONS

    H. Nagaoka, Y. Karouji, T. J. Fagan, M. Ebihara, H. Takeda, N. Hasebe

    METEORITICS & PLANETARY SCIENCE   50  2015.08

    Research paper, summary (international conference)  

  • The CALorimetric Electron Telescope (CALET) for high-energy astroparticle physics on the International Space Station

    O. Adriani, Y. Akaike, K. Asano, Y. Asaoka, M. G. Bagliesi, G. Bigongiari, W. R. Binns, S. Bonechi, M. Bongi, J. H. Buckley, G. Castellini, M. L. Cherry, G. Collazuol, K. Ebisawa, V. Di Felice, H. Fuke, T. G. Guzik, T. Hams, M. Hareyama, N. Hasebe, K. Hibino, M. Ichimura, K. Ioka, M. H. Israel, A. Javaid, E. Kamioka, K. Kasahara, J. Kataoka, R. Kataoka, Y. Katayose, N. Kawanaka, H. Kitamura, T. Kotani, H. S. Krawczynski, J. F. Krizmanic, A. Kubota, S. Kuramata, T. Lomtadze, P. Maestro, L. Marcelli, P. S. Marrocchesi, J. W. Mitchell, S. Miyake, K. Mizutani, A. A. Moiseev, K. Mori, M. Mori, N. Mori, H. M. Motz, K. Munakata, H. Murakami, Y. E. Nakagawa, S. Nakahira, J. Nishimura, S. Okuno, J. F. Ormes, S. Ozawa, F. Palma, P. Papini, B. F. Rauch, S. B. Ricciarini, T. Sakamoto, M. Sasaki, M. Shibata, Y. Shimizu, A. Shiomi, R. Sparvoli, P. Spillantini, I. Takahashi, M. Takayanagi, M. Takita, T. Tamura, N. Tateyama, T. Terasawa, H. Tomida, S. Torii, Y. Tunesada, Y. Uchihori, S. Ueno, E. Vannuccini, J. P. Wefel, K. Yamaoka, S. Yanagita, A. Yoshida, K. Yoshida, T. Yuda

    EPJ Web of Conferences   95  2015.05

     View Summary

    © Owned by the authors, published by EDP Sciences, 2015. The CALorimetric Electron Telescope (CALET) is a space experiment, currently under development by Japan in collaboration with Italy and the United States, which will measure the flux of cosmic-ray electrons (and positrons) up to 20 TeV energy, of gamma rays up to 10 TeV, of nuclei with Z from 1 to 40 up to 1 PeV energy, and will detect gamma-ray bursts in the 7 keV to 20 MeV energy range during a 5 year mission. These measurements are essential to investigate possible nearby astrophysical sources of high energy electrons, study the details of galactic particle propagation and search for dark matter signatures. The main detector of CALET, the Calorimeter, consists of a module to identify the particle charge, followed by a thin imaging calorimeter (3 radiation lengths) with tungsten plates interleaving scintillating fibre planes, and a thick energy measuring calorimeter (27 radiation lengths) composed of lead tungstate logs. The Calorimeter has the depth, imaging capabilities and energy resolution necessary for excellent separation between hadrons, electrons and gamma rays. The instrument is currently being prepared for launch (expected in 2015) to the International Space Station ISS, for installation on the Japanese Experiment Module - Exposure Facility (JEM-EF).

    DOI

  • COMPARISONS OF MINERALOGY OF PURE ANORTHOSITE IN LUNAR METEORITES, DHOFAR 489 GROUP AND PURE ANORTHOSITE OBSERVED BY KAGUYA

    H. Nagaoka, H. Takeda, Y. Karouji, M. Ohtake, A. Yamaguchi, S. Yoneda, N. Hasebe

    METEORITICS & PLANETARY SCIENCE   47   A286 - A286  2012.07

    Research paper, summary (international conference)  

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Other 【 display / non-display

  • radiation dose

    2019.08
     
     

Research Projects 【 display / non-display

  • Isotope Observation in the SOHO-COSTEP Research Program

  • 超薄型大面積シリコン位置検出器の開発

    一般研究(C)

  • Investigation of the Geomagnetic Tail by the GEOTAIL Satellite

  • Origin of Anomalous Cosmic Rays and the Acceleration Mechanism

  • Si-detector telescope as real time monitoring devices for measurement of LET-distribution in the space

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Presentations 【 display / non-display

  • CR-39・銀活性リン酸塩ガラスによるUイオン検出

    Presentation date: 2015.03

  • “X-ray generator for active X-ray fluorescence spectrometer on-board landing rover for future planetary missions”

    Presentation date: 2015.03

  • 月周回衛星による月ガンマ線及び中性子の線量空間分布

    Presentation date: 2015.03

  • Coplanar電極を用いた希ガス電離箱の開発III

    Presentation date: 2015.03

  • 焦電結晶を用いたX線発生器の動作特性(Ⅱ)

    Presentation date: 2015.03

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Specific Research 【 display / non-display

  • 高密度キセノン中の電子輸送と発光量の基礎研究 (長谷部信行)

    2018   柴村英道, 月出章, 内藤雅之

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    暗黒物質探索の研究では大型TPC技術が重要であり、その精度向上が必須である。最近は大型のTPCが数多く開発されているが、いづれも「電子的阻止能」と「電子的線エネルギー付与」を混同されている。この2つは値は、大きく異なると考えられ、検出精度に影響があると考えられる。そこで、我々は電子的阻止能と電子的線エネルギー付与の違いを検討し、数少ない実験値と比較し、どの程度差異が生じるかを評価した。数十keVの低エネルギー領域入の射粒子に対して、気体Arと気体Xeの阻止能と核的消光因子を、Lindhardの理論に基づいて計算した。そして、投影飛程に対して空間分布を求め、電子的阻止能と電子的線エネルギー付与の差異を評価した。実験値との比較から、低エネルギー領域においてはLindhardの理論の方が、概ね正しそうであることが分かった。Lindhard理論に基づいて導出した電子的阻止能と電子的線エネルギー付与の差異は、入射エネルギーが5 [keV]にて5倍程度、電子的線エネルギー付与が大きいため、従来の電子的阻止能ではなく、電子的線エネルギー付与から気体TPCでの飛跡の励起分布予想を行い、検証していく必要があることが明らかになった。

  • 高性能キセノンガンマ線分光計の開発 ―気体中のラドンのガンマ線計測と地震予知―

    2017  

     View Summary

    Coplanar電極を用いた気体電離箱の開発を行った。気体電離箱は、通常、放射線と検出媒体との相互作用の位置に対するパルス波高の依存性を除去するために、陽極と陰極の間にFrischグリッドを挿入する。しかしながら、グリッドは機械的な強度が弱いために製作や取り扱いが難しく、機械的振動に敏感で回路雑音が増加するなどの欠点があり、特に大面積では影響が大きい。そこで、従来型のFrish Grid型の平行平板型ガス電離箱、Grid電極を有しないCoplanar型の平行平板型ガス電離箱及びCoplanar型円筒型ガス電離箱を開発した。Coplanar電極の幾何学的形状をいろいろ変えて、得られるエネルギー分解能の違いを計測した。エネルギー分解能の達成目標としては、238U(4.21 MeV)と235U(4.40 MeV)のα線ピークを6σで分離することができることとした。即ち、78 keV (200 keV ÷ 6× 2.35 = 78 keV in FWHM)のエネルギー分解能を目標とした。Coplanar電極とは、アノード電極上にバイアスの異なる電極(電子の収集電極CAと非収集電極NCA)を交互に形成したもので、二つの電極に誘起される電荷の差を取ることで、相互作用の位置に依存しないパルス波高を得るものである。これまでにCZT半導体検出器に適用されているが、気体電離箱での研究例は少ないため、本研究により実用化を目指す。実用化ができれば、ウランなどの核燃料物質のα放出核の散逸、地震に伴って放出されるラドンの検出、環境放射能のモニターなど広い分野での応用が可能となる。特に、大容量高密度キセノン電離箱及び波形信号のデジタル処理と組み合わせることでマイクロフォニックスを大幅に低減した信頼性の高い計測システムが構築できると期待している。まず、アノード電極として、上述の3種類の形状で電極幅、電極間隔が異なるCoplanar電極を製作し、特性試験を実施した。その結果、正規分布状のα線の波高スペクトルが得られ、Frischグリッドと同様の効果があることを実証した。初めに、封入したガスは、取り扱いの容易なPRガス(Ar+CH4(10%))を用いて特性を調べた。線源としては237 𝑁𝑝, 241𝐴𝑚, 244 𝐶𝑚の3種のα線の混合線源を用いた小型のCoplanar型電離箱を作製し,最適な電極形状を決定する実験を実施した。3種類の小型Coplanar電極としてSpiral型、Circle型、Parallel型を作成した。電極間隔は、0.5mmと1.0mmである。得られたエネルギー分解能の結果を表1に示す。実験条件としては、Cathode電圧は -800V、この時の Cathode-Anode間の電場は~553V/cmである。Parallel型よりもCircle型やSpiral型の方が良い分解能が得られた。                 表1.電極構造の違いによるエネルギー分解能の比較 エネルギー分解能 238Np 241Am 244Cm Parallel 0.5mm 136 keV(2.85%) 121 keV(2.20%) 126keV(2.17%) Parallel 1.0mm 138 keV (2.88%) 113 keV(2.06%) 104 keV(1.79) Circle 1.0 mm 107 keV(2.24%) 86 keV(1.56%) 79 keV(1.37%) Spiral 1.0 mm 110 keV(2.31%) 92 keV(1.68%) 83 keV(1.43%)  次に、大型Spiral型において電極幅と電極間隔を変化させた実験結果について述べる。上記のSpiral型電極において, 電極幅を2mmから1mmに,電極間隔を1mmから2mmに変更した。変更前と変更後で実験を行い, 得られたエネルギー分解能を表2に示す。この時の最適Cathode電圧は-1200V, 最適Bias電圧は100Vと120Vである。電極の線幅(2㎜→1㎜)と線間(1㎜→2㎜)を変更したときのエネルギー分解能は、244Cmの5.81MeVのα線に対して、分解能は 109 keV から74 keV に改善された。 表2.Spiral型電極版(線幅1㎜線間2㎜)の平行平板型ガス電離箱のエネルギー分解能の比較 エネルギー分解能 237Np 241Am 244Cm Spiral電極(変更前) 129 keV (2.69%) 120 keV (2.18%) 109 keV (1.88%) Spiral電極(変更後) 110 keV (2.32%) 102 keV (1.86%) 74 keV (1.27%)  これまでの一連の実験は、封入ガスとしてPRガスを使用したが、分解能の向上のためにW-値の小さなキセノンガスに変更した。実際には電子のドリフト速度を速くして、計数率を高めるためにCH4ガスを混入させた。その実験結果を表3に示す。この表からわかるように大幅なエネルギー分解能の改善が得られた。 表3.Spiral型電極版(線幅1㎜線間2㎜)の平行平板型ガス電離箱のエネルギー分解能の比較 エネルギー分解能 237Np 241Am 244Cm Ar+CH4(10%) 110 keV (2.32%) 102 keV (1.86%) 74 keV (1.27%) Xe+CH4(0.66%) 76 keV (1.59%) 69 keV (1.25%) 59 keV (1.0%)  大型の平行平板型キセノン電離箱の開発として、目標の分解能を達成することができた。自然界に放出される可能性のあるα線放射体を識別することが可能な分解能を得ることができた。振動に強いことからラドンを計測することによる地震予知などの計測として外部に設置する環境モニターとして使用することができる。更に大きな振動が起きたときは、現在進めているキセノンガス電離箱の波形信号のデジタル処理により対応できるものと考えている。 

  • 月物質の絶対年代及び化学組成の高精度分析装置の開発

    2013  

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    月物質の絶対年代及び化学組成の高精度分析装置の開発岩石の元素分析装置として能動型蛍光X線分析装置の焦電素子を利用したX線発生装置の基礎開発・研究を中心に進めた。X線発生強度の高輝度化に向けて、パラメーター(ガス種、ガス圧、電極間距離ほか)について、基礎データを取得して、市販のX線発生装置の20倍以上の高輝度化に成功した。さらに、小型軽量・低電力・高輝度化が実現すれば、可搬・簡易型化学分析装置として、実験室だけでなる野外で試料の元素分析装置として広く利用できるものと期待している。能動型蛍光X線分光計AXS: 月面に着陸して地質ユニットの元素組成を計測することは、宇宙科学、地質学的観点から必要不可欠である。能動的にX線を発生する装置XRGとシリコンドリフト検出器を蛍光X線検出器として、それらを組み合わせて能動型蛍光X線分光計AXSを構成する。X線発生装置は、焦電結晶LiTaO3をペルチェ素子で加熱・冷却して3)、X線を発生させる。本研究開発では、AXSのX線発生部を中心に進め、短時間にできるだけ多くの岩石試料を高性能で分析できるようにXRGの高輝度化に力点を置いた。X線発生装置XRG: 一般に、X線発生法としては、(A)144Cmなど線源を励起源、(B)熱陰極型真空管であるX線管を励起源、(C)焦電結晶LiTaO3を加熱・冷却することでX線を発生させる励起源、が挙げられる。項目(A)の宇宙に放射性物質を持ち出すことは日本では困難である。項目(B)は高電圧電源が必要であり大きな電力(10W以上)が必要となる。項目(C)では、焦電素子を利用することで高圧電源が不要、かつ低電力で比較的高輝度のX線励起源が実現する。本AXSの特徴としては、高エネルギー分解能(~130eV @Fe-K)を有することから元素の同定能力が高く、小型・省電力(3kg, 6W)である。X線発生装置に高圧電源が不要かつ放射性物質の励起源を使用しないので放射能汚染もなく、計測時のみX線を発生できる特徴を有する。■焦電素子型X線発生器XRGの基礎実験と試作焦電結晶型X線発生装置としてAMPTEK社のCOOL-Xが市販されているが、現存する機器では十分なX線強度を得られないために、希少元素の組成を求めるにことは難しい。そこで本研究では、焦電素子を利用したX線発生装置の高輝度化を目標とする。市販品(AMPTEC:COOL-X)の50倍以上にX線発生強度を増大する事を目標とする。第一段階として10倍以上を目標とした。焦電素子の寸法、標的電極構造、ガス種(乾燥空気、乾燥窒素、アルゴン、酸素)、ガス圧(10~50 mTorr)、常温から約120℃までの加熱、高温から常温までの冷却時間などをパラメータとして、実験を実施した。まず、高輝度化に向けたパラメータの最適条件を決める実験を行った。それら一連の実験を実施するための真空チェンバーの製作した。各種実験の結果、市販の装置と比較して約20倍のX線強度が達成できた。今後、熱伝導の大きなLiTaO3素子やLiNbO3素子、標的電極Cu/Moなどに変更して、更なる高輝度化へ試みる予定である。これら一連の実験結果については、その都度、国際会議や学会等で講演発表してきた。2014年度中に、X線発生装置の高輝度化に関する論文を2編投稿予定である。

  • 固体キセノンを用いた多目的放射線検出器開発のための放射線物性の基礎研究

    2013  

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     本研究の課題は、固体キセノンの放射線物性、即ちW値、電子・空孔それぞれの移動速度等を放射線による信号計測から決定する。ここでは、キセノン固体成長のための低温技術及び固体成長制御技術の習熟を平行平板型電離箱を用いて試みてきた(2012年応用物理学会で報告)。放射線の信号計測には、固体が結晶状態になるまで長期間の温度制御が必要であること、また、電離箱にはFrisch gridを電極間に挿入することが必要だが、これを固体内に挿入することは非常に難しいために、電離箱をLuke型の電極で実現することとした。 固体結晶の成長を、(1)最初に固体を作成し、(2)これを生成して結晶化する、という順序で研究を進めてきたが、(1)は成功したが、(2)に関しては長期間(~2週間)の温度コントロールに適した制御装置が現在有してないので、今後の課題である。これに代えて約50時間かけてゆっくりと温度及びガス圧を制御しながら固体成長を行うと、シンチレーション光の一部を取り出せる程度に透明な固体成長には成功した。ただし、放射線によって作られたイオン対の電子を電極に効率よく輸送できる程の透明度の高い結晶成長には至っていない。しかしながら、上記のどちらかの方法で固体成長が出来たとしても、Luke型の電離箱でどのような信号が捉えられるのか予め動作状態を知ることが重要で、これを気体電離箱としてLuke型電極を設計製作して、動作状態を先ず測定して来た。 平行平板電極の一つをカソードとし、金属板電極を用いる。一方アノード電極はストリップ型電極とし、ストリップを一本置きに接続し2種類の電極として使用する。一方のストリップでは電子を収集してその全電荷を計測し(A1)、他方のストリップでは、残留陽イオンの影響を計測する(A2)。電離箱は、先ず高真空とし、希ガス(ここではPRガスを使用)を約3気圧充填する。計測ではカソード上に設置したα線源からのアルファー線による電離現象をアノード電極で観測する。観測ではカソードに負の高圧を印加し、アノードのA1とA2の間にはA1に電子が集まるようにA2に負のバイアスを印加する。収集電子の全電荷はA1からの信号からA2からの信号を差し引き、陽イオンの影響を除去して求める。このようにしてアルファー線のエネルギー観測が可能なことが現在確認されたところである。従来使用されていたFrisch Grid型電離箱とほぼ同程度の性能が得られてた(2013応用物理学会で発表)。

  • パルス型中性子発生器と組み合わせた高速核分光器の開発

    2011  

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    月・惑星表層物質の元素組成は、表面だけでなく内部物質へのプローブでもあり、月の形成とその後の進化を知る上で非常に重要な観測量である。蛍光X線分光法や核分光法は、宇宙機の軌道上からの遠隔探査や月面走行車でのその場観測で、月・惑星物質を構成する元素分析方法として大変有力な手段である。元素組成の定量分析を行うために、強度の弱い太陽X 線、銀河宇宙線を励起源とする遠隔探査から、能動型蛍光X線分光装置、能動型核分光装置によるその場観測へと移り、より精度の高い測定が要求されることになるだろう。SELENE-2の搭載機器候補として能動型核分光装置AGSの搭載は、重量や電力の制約から見送ることになり、AGSは将来のミッション機器として今後も検討・開発を進めることになった。そこで本研究では、軽量・小電力型化学分析装置として高性能・能動型蛍光X線分析装置AXSが適当であると判断して、基礎開発を進めていくことに変更した。この研究班は、早稲田大学、韓国、米国、ドイツとの共同研究である。 能動型蛍光X線分光装置AXSとしては、軽量・小電力のX線発生装置XRGとして焦電結晶を用い、一方蛍光X線検出器としてはSilicon Drift Detector (SDD)使用して構成することになった。特に、XRGとしては焦電素子のX線源を用いてAXSの月惑星探査機の搭載機器に向けた基礎開発を行う。小型軽量化と省電力化の実現、および予想される温度環境での特性の維持を実証する。AXSは、元素の濃度に依存するが、主要元素:Mg, Al, Si, Ca, Ti, Fe,マイナー元素:Na, K, P, S, Cl, Cr, Mn, トレース元素:Ni 等の元素濃度5%以下の精度で測定できることを目標とする。 そこで、本年度は、分析用の真空チェンバーの作成、分析試料の表面の粗さに関する分析精度への影響、X線照射の入射角度と出射角度の元素分析精度への影響、X線強度変動と元素分析精度への影響について調べた。 また、高輝度(市販の数倍~10倍)の発生装置の開発、元素分析精度の温度依存性、X線強度と消費電力、希薄気体の密封法、ガスの種類とはX線発生強度、X線強度と焦電素子の種類などについての基礎研究、特に軽量及び省電力化に関連した高輝度・高エネルギー分解能のX線計測が短時間で実施できるシステムの開発に着手した。

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Overseas Activities 【 display / non-display

  • 宇宙放射線科学と月惑星科学の研究の加速と展開

    2010.09
    -
    2011.09

    ポルトガル   コインブラ大学

    フランス   トールーズ大学

    ドイツ   グーテンベルグ大学マインツ