【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0250
利用課題名 / Title
固体飛跡検出器のトラック形成機構・性能の理解と素粒子 宇宙物理学への展開
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
放射線計測, 微細飛跡検出器,イオン注入,量子効果/ Quantum effect,光学顕微鏡/ Optical microscope,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,電子顕微鏡/ Electronic microscope
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中 竜大
所属名 / Affiliation
東邦大学理学部物理学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
中野 敏行,加藤 丈典,陳 夏姫,井戸 悠生,浅田 貴志
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究は、宇宙線ならびに宇宙の暗黒物質の直接検出に向けた新たな飛跡検出デバイスの開発を目的としたものである。特に、速度が数100 km/sの重粒子イオンにおける検出機構が、宇宙における暗黒物質検出にとって重要となることから、イオン注入装置による重粒子イオンを検出デバイスに照射し、記録された飛跡を光学顕微鏡ならびに電子顕微鏡で観察することで、その性能や機構の理解を進める。特に、我々が独自に開発している超微粒子原子核乾板(Nano Imaging Tracker : NIT)において、暗黒物質の疑似信号であるイオン注入装置による低速イオンの飛跡検出器性能の較正を進める。また、新たな研究として、銀河系内の暗黒物質を含めた未知宇宙線の記録媒体とした白雲母に着目し、白雲母における低速重イオン粒子の検出性能を評価する。
実験 / Experimental
今年度は、超微粒子原子核乾板 (Nano Imaging Tracker: NIT)における検出性能評価を進めるにあたり、NITに対する化学現像処理法について新たな手法が開発され、これにより高い検出性能および光学顕微鏡における高いコントラスト性能が達成されることが明らかになった。現在の標準NITは、それを構成するハロゲン化銀結晶（AgBr(I))サイズが約70nmを用いているが、より高い空間分解能を達成するためにはより小さい結晶サイズのデバイスを用いることが望ましい。そのため、40nmの結晶サイズを持つNITに対して、イオン注入装置を用いて炭素イオン（30, 100keV, 180 keV)を照射することで今後の暗黒物質検出実験への適用可能性を検証した。また、NIT中で飛跡を構成する銀粒子のナノスケールの構造の電子顕微鏡レベルでの観察は、荷電粒子がAgBr(I)に及ぼす物性的影響を調べる上で重要な情報になることから、それをより効率的に観察可能な手法開発を行い、実際の炭素イオン飛跡の電子顕微鏡観察を行った。さらに、鉱物検出として機能する白雲母についてはKrイオンを照射したが、これについては別機関で並行してXeイオンの照射も行っており、そちらの分析を優先したため、本利用におけるKrイオンについての評価は次年度に持ち越す予定である。
結果と考察 / Results and Discussion
40nmのAgBr(I)結晶を持つNITに対する新たな現像法の検証について、FIg. 1に光学顕微鏡画像を示した。従来型の現像法においては光学顕微鏡のコントラストが非常に低く、実用性に乏しかったが、本実験において劇的な光学コントラストの増強が確認でき、検出性能の劇的な向上が期待できる結果を得ることができた。また、現像銀における電子顕微鏡像を撮像する手法の検討においては、Fig. 2に示すように精細な電子顕微鏡画像を取得することができ、これまで明らかになっていなかった検出器の基礎特性の理解に直結するデータを取得するための技術基盤を構築することができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 40nmのAgBr(I)結晶を持つNITに照射された100keVの炭素イオンの飛跡。左図が従来型化学現像法、右図が今回使用した新たな現像法であり、水平方向に延びる楕円上の事象が一つのイオン飛跡に相当し、新たな現像法における光学コントラスの向上が明らかである。
Fig. 2 C30keVをNITに照射し、従来型現像法によって現像された現像銀の電子顕微鏡画像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 染谷一輝、中竜大、浅田貴志、石原大樹「超微粒子原子核乾板におけるReversal現像液での検出応答の特性評価」画像関連学会連合会秋季大会, 2024年11月22日、京都工芸繊維大学
- 森山祐一「超微粒子原子核乾板における 溶解物理現像法による 低速イオン飛跡の光輝度 イメージング法の研究」東邦大学2024年度卒業論文
- 中川洋樹「透過電子顕微鏡における 直接的な原子核乾板の観察」東邦大学2024年度卒業論文
- 陳夏姫「人工高分子を用いた極低放射能原子核乾板の開発」名古屋大学2024年度修士論文
- 陳夏姫「暗黒物質直接探索のための極低内部放射能原子核乾板の開発」学術変革領域「地下稀事象」第1回若手研研究会、 2025年3月7日、 富山大学
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件