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金子　純一 (カネコ　ジユンイチ)

工学研究院　応用量子科学部門　物質量子工学准教授

研究者基本情報

■ 通称等の別名
  • 金子純一
■ 学位
  • 博士(工学), 東京大学
  • 経営管理修士(専門職), 小樽商科大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • シンチレータ
  • 耐放射線半導体デバイス
  • 放射線医用・医療工学
  • 放射線計測
  • 半導体検出器
研究分野
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 電子デバイス、電子機器
  • ライフサイエンス, 医用システム
  • エネルギー, 原子力工学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
委員歴
  • 2010年
    日本原子力学会, 標準委員会 原子燃料サイクル専門部会 臨界安全管理分科会 委員, 学協会
学内役職歴
  • 経営戦略室室員, 2020年10月12日 - 2021年3月31日
  • 研究戦略室室員, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 研究戦略室室員, 2019年4月1日 - 2020年9月30日
  • 研究戦略室室員, 2020年10月12日 - 2022年3月31日
  • 産学・地域協働推進機構副機構長, 2017年4月1日 - 2023年3月31日
  • 総長補佐, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 総長補佐, 2019年4月1日 - 2020年9月30日
  • 総長補佐, 2020年10月12日 - 2022年3月31日
  • 総長補佐, 2022年4月1日 - 2024年3月31日

研究活動情報

■ 受賞
  • 2015年03月, 北海道大学, 教育総長賞・奨励賞
    金子純一
  • 2015年03月, 北海道大学, 研究総長賞 優秀賞
    金子純一
  • 2014年03月, 北海道大学, 研究総長賞
    金子純一
  • 2012年03月, 日本原子力研究開発機構, 先行基礎工学研究協力制度 表彰
    GPS高エネルギー分解能シンチレータによる高信頼性α線波高弁別検出器の開発
    金子純一
  • 2008年, 文部科学省, 先進的原子力･エネルギー教育取組、「教育支援活動」優秀賞
    住吉 孝、奈良林 直、金子純一
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • ダイヤモンドエレクトロニクスの最前線
    シーエムシー出版, 2008年
  • Frontier of Diamond for Electronics Applications
    CMC books, 2008年
  • 放射線計測
    第4章第3節第4項、"ダイヤモンド検出器"、p.p. 130-131.
    国際文献社, ［共著］
■ 主な担当授業
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学
  • 量子ビーム計測工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：実践型アントレプレナーシップ教育プログラム, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：実践型アントレプレナーシップ教育プログラム, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：実践型アントレプレナーシップ教育プログラム, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：実践型アントレプレナーシップ教育プログラム, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 量子ビーム計測工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 原子物理, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 特別講義, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 所属学協会
  • 医療物理学会
  • 日本中性子科学会
  • 応用物理学会
  • ニューダイヤモンドフォーラム
  • 日本原子力学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • TlBr中の電荷捕獲準位解明と全吸収γ線エネルギースペクトロメータ開発への挑戦
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2021年04月01日 - 2024年03月31日
    金子 純一; 人見 啓太朗
    TlBrの原材料精製、単結晶育成をすすめた。4Nグレードの原材料を帯域精製中心に純化し、TlBr単結晶を育成した。このTlBr単結晶から検出器を作製し、共同研究先である東北大学と共同して電荷キャリア輸送特性等の評価を進めた。
    原材料精製、単結晶育成技術に各種改良を重ねた結果、電荷収集効率が大幅に改善した。精製や単結晶育成時の雰囲気に関する改良を段階的に進めると共に、帯域精製に関しては安定して300回の精製を行っている。単結晶育成も同様に信頼性のある炉の開発に成功した。世界的な半導体不足の影響を受け、装置開発が大分遅れたが、年度内に予定していた装置の改良は概ね完了した。
    662keVγ線を使用した実験では全吸収ピークがまだ立っていないことから、欠陥低減に加え、電極作製方法等の改善を今後進める。特に加工方法に関してはこれまでのアプローチを肯定する成果を得られたものと判断している。また電荷捕獲トラップを検証するための光照射I-V測定装置の開発も概ね予定通り進んでいる。直径0.5"のTlBr単結晶が安定して合成可能となったことから、今後の各種実験の進展も期待できる。


    今後は5Nグレードの原材料の使用なども予定しており、従来行ってきた欠陥低減や電極に関する実験を積極的に進め、実用的なTlBr半導体検出器の実現を目指す。さらに安定して測定が可能となったカソードルミネッセンス法に加え、光I-V測定により捕獲準位の定量的な研究に切り込んでいく。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21K12532
  • 遮蔽不要な臨界近接監視システム用ダイヤモンド中性子検出器の要素技術開発
    英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業
    2020年10月 - 2023年03月
    田中真伸; 金子純一
    文部科学省, 課題解決型廃炉研究プログラム（一般研究））, 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 研究分担者
  • 過酷事故対応電子機器の実用化に向けた耐放射線・高温動作半導体デバイスの高性能化
    原子力システム研究開発事業
    2020年10月 - 2023年03月
    梅沢仁、金子純一
    文部科学省, ボトルネック課題解決型, 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 研究分担者
  • 耐放射線性ダイヤモンド半導体撮像素子の開発
    英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業
    2019年10月 - 2022年03月
    大曲 新矢; 金子純一
    文部科学省, 共通基盤型原子力研究プログラム, 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 研究分担者
  • 透明半導体を用いた光子・電子ハイブリッド検出器によるチェレンコフPETの実現
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2019年06月28日 - 2021年03月31日
    人見 啓太朗; 錦戸 文彦; 山谷 泰賀; 金子 純一; 小野寺 敏幸; 野上 光博
    本研究では陽電子放出断層撮影(positron emission tomography, PET)装置の高度化を実現するガンマ線検出器を開発することを目的としている。本研究ではガンマ線のエネルギー情報と位置情報を電気信号から取得し、時間情報を光信号から取得する光子・電子ハイブリッド検出器の開発を目指している。
    当該年度は電気的特性に優れた臭化タリウム(TlBr)と光透過率に優れた塩化タリウム(TlCl)の混晶を育成しガンマ線検出器を製作した。
    TlBr素材とTlCl素材を石英管へ封入して溶融することによりTlBr-TlCl混晶素材を得た。良好な電気的特性と光透過率を得るためにTlBr-TlCl混晶素材の純化を帯域精製法を用いて行った。純化後に帯溶融を一回行うことにより結晶育成を行った。実験の結果、光透過率が高いTlBr-TlCl混晶を得ることに成功した。
    育成したTlBr-TlCl混晶をダイヤモンドワイヤーソーを用いて切り出し、結晶表面を機械研磨した。結晶の対向する面に、陰極として平板電極を、また、陽極としてガード電極に囲まれたピクセル電極一つを真空蒸着法を用いて形成した。各電極に金線を接続しガンマ線検出器とした。PETで利用される511 keVのガンマ線を放出する22Na放射線源を用いて開発した検出器の評価を室温で行った。製作した検出器は511 keVのガンマ線のピークを明確に検出し、PET用検出器として有望である事が確認できた。
    当該年度は光透過率が高いTlBr-TlCl混晶の育成に成功し、良好に動作するTlBr-TlClガンマ線検出器の製作に成功した。これらの成果はPET用の光子・電子ハイブリッド検出器の実現に大きく貢献するものである。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 東北大学, 19K22942
  • 原子炉計装の革新に向けた耐放射線・高温動作ダイヤモンド計測システムの開発とダイヤモンドICの要素技術開発
    原子力システム研究開発事業
    2016年10月 - 2020年03月
    金子純一
    文部科学省, 安全基盤技術研究開発, 北海道大学, 研究代表者
  • ダイヤモンドを用いた次世代半導体ピクセル検出器の開発と高性能化研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    田中 真伸; 金子 純一; 小泉 聡; 嶋岡 毅紘
    高強度化・高輝度加速器ビームを利用した実験に使用可能な耐環境性能（放射線耐性を含む）・高速応答・高位置分解能を兼ね備えたダイヤモンド半導体測定装置実用化のための技術基盤を確立し、従来の装置性能を大きく向上させることを目的とし研究を行った。
    その結果、従来の半導体検出器と同じ性能を持ちつつ耐環境性能に優れたダイヤモンドを用いた半導体測定装置用センサー開発に成功した。更に100μm以下の位置分解能を達成するためのダイヤモンドセンサー製造の知見を蓄積しつつ、ダイヤモンド半導体測定装置用信号処理集積回路用技術開発では、開発したトランジスタが0.3MGy以上の放射線耐性を持つことを確認した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 16H03990
  • 生細胞マイクロRI動態イメージングへの挑戦
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2016年04月01日 - 2018年03月31日
    山谷 泰賀; 金子 純一; 錦戸 文彦; 中西 貴之
    近年、細胞内の遺伝子発現メカニズムや細胞周期といった個々の細胞特性の解明が求められている。本研究では、放射性同位核種をトレーサーとする細胞単位での核医学イメージング装置を開発した。具体的には、β線と150μm厚CsIシンチレータの相互作用で生まれた光をCMOSカメラで撮影した。さらに、CsIよりも密度と発光量が高く、潮解性の無いGPSについても検討した。シミュレーションの結果、シンチレータ厚による半値幅の変化は小さいものの、1/10 幅では厚くなるほど大きく広がり、低出力な成分が増えていくことが分かった。また、10μm厚の GPSであっても全体の9割程度の感度を持つことがわかった。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 16K12886
  • ダイヤモンドNVセンターを利用したアトミックスケール中性子線量計測の試み
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2015年04月01日 - 2017年03月31日
    金子 純一; 小野田 忍; 坪田 雅功; 田中 真伸; 嶋岡 毅紘; 新名 宏章; 平野 慎太郎; 水越 司
    本研究では高速中性子によってダイヤモンド中に生成された空孔と微量な窒素をアニールによってNVセンター化することでアトミックスケールの中性子線量計測の実現可能性を実験的に検証した。試料はCVD法により作製した。照射前と比較し、中性子又は電子線照射後の試料はNVセンターの強い増加を示した。共焦点顕微鏡の測定範囲を超える発光強度だったことから、NVセンターの空間密度を定量化することはできなかった。NVセンターは試料の成長面側に集中して形成されており、合成終了時に窒素の取り込みが多かったことが推定される。線量計測を行うためには窒素が試料全体に均一に取り込まれる必要があるため、合成条件の探索が必要。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 15K14286
  • 低質量暗黒物質探査用低物質量半導体ピクセル検出器の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2013年04月01日 - 2016年03月31日
    田中 真伸; 金子 純一; 嶋岡 毅紘; 大島 武; 牧野 高紘; 身内 賢太朗
    炭素を含むダイヤモンド及び炭化硅素を利用して軽い暗黒物質の検出感度をあげるため、ワイドギャップ半導体ピクセル検出器の研究開発を行った。本研究ではダイヤモンド、炭化硅素を用いた100μmx100μm程度のピクセル検出器を製作しその静特性と電荷収集効率を評価し、充分な信号対雑音比を得る事を確認した。更にワイドギャップ半導体検出器評価用低雑音集積回路を製作し100electronを下回る低雑音性能を達成した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 25400308
  • ナノダイヤモンドを用いる核種分離法の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2012年04月01日 - 2016年03月31日
    渡邉 雅之; 金子 純一
    本研究では、ダイヤモンド表面へ金属イオンが吸着することに着目し、高レベル廃液に含まれている元素のうち主に希土類イオンについて吸着メカニズムの解明を目的とした。酸濃度に対する希土類イオンの吸着分配係数の依存性とその吸着容量、吸着等温線の解析を通して、希土類イオンはダイヤモンドに単層で単純吸着をするとともに、ダイヤモンド表面の吸着サイトに対し１：１の量論比でイオン結合性の吸着することを見出した。
    XPS(X線光電子分光)やFT-IR、TRLFS(時間分解型レーザー誘起蛍光分光)などの解析からも上記のメカニズムが妥当であることを示唆する結果が得られた。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 24561045
  • 食品の「安心」を確保するための低価格スクリーニング用放射線検出器の開発
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2012年04月01日 - 2014年03月31日
    金子 純一; 高田 英治
    福島第一原子力発電所事故の結果発生した広域汚染により食料に対する安全・安心の確保が必要となった。小売店や直販農家などが自らの販売する食品の放射能を直接測定する安価な検出器の開発を行った。検出器はシンチレータを使用し、食品の自己遮蔽を最大限に活用する事で小型・軽量化を進めた。実験とシミュレーションにより、1.25x1.25x3.0cm3のCsIシンチレータを想定し、5kgの米を測定した場合、スクリーニングレベル50Bq/kgを達成するには22分かかることを明らかとした。また一般家庭での使用を想定した場合、100Bq/kg以下である事を確認するにはより短い時間で判断可能である事も明らかにした。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 24658113
  • CVD単結晶ダイヤモンド合成とリフトオフ法に基づく放射線検出器の開発と応用
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2010年 - 2012年
    金子 純一; 藤田 文行; 鹿田 真一; 笹尾 真美子; 佐藤 聡; 磯部 光孝; 中井 光男; 浅野 芳裕; 石川 正純
    単結晶CVDダイヤモンドの合成条件を最適化した。合成結晶から検出器を製作しα線を使用した誘導電荷量分布測定を行った。その結果、電荷取集効率:100%(正孔)、97%(電子)、μτ積:1×10-4(正孔)、9.6×10-6(電子)cm2/Vを得た。これらの検出器を用い14MeV中性子応答関数測定を行った結果、12C(n,alpha)9Be反応によって生じたピークのエネルギー分解能:3.5%を達成した。また、8GeV電子ビームを使用した時間応答測定では350psの時間分解能を達成した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22360395
  • パルス中性子透過分光撮影法の透過断面積変化の解明と新応用分野の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2008年 - 2010年
    鬼柳 善明; 古坂 道弘; 加美山 隆; 持木 幸一; 平賀 富士夫; 金子 純一; 岩瀬 謙二; 原田 正英; 大井 元喜; 佐藤 節夫; 下ヶ橋 秀典
    パルス中性子を用いた透過イメージング法で、中性子透過断面積が金属材料の結晶子配向、結晶子サイズなどの違いによって変化することを明らかにし、それらを定量的に評価できるデータ解析コードを世界に先駆けて開発した。このコードを用いて鉄溶接片における組織構造、結晶子サイズ、さらに引っ張り試験中の鉄版の組織構造、結晶子サイズ、歪イメージの取得に成功した。また、カメラ型検出器のパルス中性子対応化も行なった。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 20246136
  • CVD単結晶ダイヤモンド合成に基づくDT中性子エネルギースペクトロメータの開発
    科学研究費助成事業 特定領域研究
    2008年 - 2009年
    金子 純一; 藤田 文行; 本間 彰
    今年度は前年度良い結果の出たリフトオフ法を北海道大学に導入することを第一目標として研究を行った。Ib型基板を使用して連携研究先である産業技術研究所と同一の合成条件でCVD単結晶の合成を行った。合成した試料をリフトオフ法により自立膜化した。さらに化学処理ならびに電極製作を行い、検出器とした。製作した検出器に対してI-V測定、α線応答測定を行った。十分な印加電圧がかかり、α線に対して16%程度ではあるがピークの立つ応答を示す検出器の製作に成功した。今後、高品質基板を使用し、合成条件の最適化を進め実用的な人工ダイヤモンド放射線検出器の実現を目指す。
    また合成した結晶中の電荷捕獲準位を同定するための積極的電荷捕獲を利用した光I-V測定法の改良をすすめ、ある程度信頼性のあるデータが取得できる状況に達した。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 20026001
  • PETにおける非観血入力関数測定システムの開発と定量性向上について
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2007年 - 2009年
    久保 直樹; 加藤 千恵次; 金子 純一; 木村 文香; 中丸 洋; 金子 純一
    PETは患者さんの生理的情報を定量つまり絶対値として画像に示すことができる.このことで病期の判定,治療方針の決定に対して重要な情報を与える.今回PET画像の作製方法(再構成パラメータ)に関する客観的指標を示すことができ,より定量性を向上させることに貢献できた.また従来,定量画像のために動脈採血をする必要があったがその採血を省略するための装置を試作した.このことでPETをいままでよりも一層患者さんへやさしい検査にできることを示した.
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 19591394
  • 4次元定位放射線治療の基礎
    科学研究費助成事業 特定領域研究
    2005年 - 2009年
    白土 博樹; 金子 純一; 西山 修輔; 加藤 千恵次; 青山 英史; 関 興一; 鬼丸 力也; 西岡 健; 森田 浩一; 伊達 広行; 高田 英治; 富岡 智; 工藤 與亮; 小野寺 祐也; 神島 保; 鬼丸 力也; 清水 伸一; 作原 祐介; 大山 徳子; 阿保 大介; 田口 大志
    2対のシンチレータBGOと位置検出型光電子増倍管とコリメータにて4次元(時空間)定位を可能とするポジトロン・エミッション位置決め装置FPELを開発し、ポジトロンエミッターの量がある値を超えると0.1mmの精度で5mm直径の45MeV電子線ビームの自動的照射が行われる制御が可能な、4次元定位電子線自動照射実験装置を完成した。同装置にて、ヒトの呼吸運動を擬して周期的に動く小動物を利用し、この小動物に植えた腫瘍に対する45MeV電子線ビームの4次元定位放射線治療を行い、金マーカーなしで、腫瘍近傍のポジトロン・エミッターからの信号だけで、腫瘍を制御することに成功し、4次元定位放射線治療の基礎が整った。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 17016002
  • コンプレックスプラズマの新しい秩序の形成過程
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2007年 - 2008年
    藤田 文行; 古坂 道弘; 金子 純一; 西山 修輔
    定在縞を持つ陽光柱プラズマという秩序状態に、外部から微粒子を導入することでコンプレックスプラズマとする。このプラズマにおける新たな秩序状態(プラズマクリスタル)形成過程を実測し、データ解析を行った。安定な結晶が生成される放電条件で放電させておき、直径10μmの微粒子を落下させると、プラズマ内で微粒子の浮遊が起こり、次いで"気体または液体状態"となり、落下後数十秒以内でプラズマクリスタル状態へ移行していくことを観測した。この新たな秩序の形成過程を評価するために、画像データから対相関関数(動径分布関数)を求めるアルゴリズムを開発した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 19540389
  • 相互作用放射線治療
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2006年 - 2008年
    白土 博樹; 本間 さと; 玉木 長良; 久下 裕司; 伊達 広行; 鬼柳 善明; 畠山 昌則; 金子 純一; 水田 正弘; 犬伏 正幸; 但野 茂; 田村 守; 早川 和重; 松永 尚文; 石川 正純; 青山 英史; 作原 祐介; 鬼丸 力也; 阿保 大介; 笈田 将皇; 神島 保; 寺江 聡; 工藤 與亮; 小野寺 祐也; 尾松 徳彦; 清水 伸一; 西村 孝司; 鈴木 隆介; ジェラード ベングア
    いままでの先端放射線医療に欠けていた医療機器と患者のinteractionを取り入れた放射線治療を可能にする。臓器の動き・腫瘍の照射による縮小・免疫反応などは、線量と時間に関して非線形であり、システムとしての癌・臓器の反応という概念を加えることが必要であることが示唆された。生体の相互作用を追求していく過程で、動体追跡技術は先端医療のみならず、基礎生命科学でも重要な役割を果たすことがわかった。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 18209039
  • DT中性子計測への応用をめざしたCVD単結晶ダイヤモンド厚膜の合成と評価
    科学研究費助成事業 特定領域研究
    2006年 - 2007年
    金子 純一; 藤田 文行; 本間 彰; 藤森 直治
    今年度は人工ダイヤモンド放射線検出器実現を目指し、CVD単結晶ダイヤモンド厚膜の合成と評価を行った。高圧高温合成Ib型基板を使用し、800度・1100度、80Torr・110Torrの4点でダイヤモンドを合成した。合成の主目的はダイヤモンドの{111}面の成長率と{100}面の成長率の比であるα値の把握である。α値によって結晶のモルフォロジーや不純物の取り込みに大きな違いが生じることが知られている。
    合成したダイヤモンドのα値は1.6〜4.9に分布した。ラマン分光の結果、全ての試料でダイヤモンドのsp^3結合によるピークが観測された。800度で合成した試料についてはグラファイト成分、窒素と空孔のペアによるNV発光が観測された。また、これら二つの試料については、結晶表面上に平行電極を蒸着により製作し印加電圧をかけた状態でα線を入射させた。この結果、α線により生成した電荷キャリアのドリフトにより信号が出ることを確認した。
    さらに、高品質なダイヤモンドの合成を目指し、800度、110Torr、メタン濃度1%での合成をおこなった。その結果、ラマン分光ではグラファイト、NV発光は観測されなかったが、多結晶体的な表面形態をもった結晶であり、α線測定については漏れ電流が大きく信号が出なかった。
    今年度の研究の結果、α値3〜4の範囲を集中的にサーベイを行なう必要があるとの結論に至った。次年度以降は低メタン濃度における長時間合成を行なっていく。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 18035001
  • パルス中性子透過分光撮影法を用いた新しいマテリアルキャラクタリゼーション法の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2005年 - 2007年
    鬼柳 善明; 加美山 隆; 金子 純一; 富岡 智; 竹中 信幸; 古坂 道弘; 猪野 隆
    パルス中性子を用いた中性子透過分光法によって得られる画像は、ピクセルごとに中性子断面積の情報を持っているため、これまでの中性子ラジオグラフィーと比べ、対象とするマテリアルの構造情報なども含んだ多くの情報を提供できる。特に、低エネルギー領域に現れるブラッグエッジは結晶構造を反映したものである。その位置のシフトによって歪みの大きさを評価することができる。本研究において屈曲させた鉄試料において、歪みの大きさを定量化できるとともに特定の結晶面で歪みが大きく現れることが明らかに示された。また、ブラッグエッジ付近の断面積の大きさの変化が、結晶粒の大きさと関係することを明らかにし、断面積の大きさと線形関係にあることを示した。さらに、鉄一鉄及びステンレスー鉄の溶接部付近の透過断面積は場所によって変化し、溶接部に近くなるに従って、鋭いブラッグエッジとなることが分った。このことは、結晶面の分布がより等方的になっていることを示唆している。一方、高エネルギー領域では、共鳴吸収を利用した画像が取得でき、元素分布測定や温度測定ができる可能性を示した。検出器素子開発として、Gdベースのシンチレータを用いた検出器を試作し画像を取得した。
    このように、パルス中性子透過分光法では、単なる透過画像を取るだけの従来のラジオグラフィーと全く異なった、結晶構造、結晶粒の大きさなどマテリアルのテクスチュアに関係した内部情報を得ることができ、世界的にも注目されている。大型陽子加速器中性子源が稼働をはじめる時期でもあり、これからはより精密な測定が可能になる。この手法の全断面積情報に内包されているものを有効に利用して、より詳細なマテリアルキャラクタリゼーションができるよう、さらなる研究が望まれる。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 17206096
  • 中性子位相空間変換光学素子の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2005年 - 2007年
    金子 純一; 古坂 道弘; 藤田 文行; 鬼柳 善明; 加美山 隆; 大竹 淑恵
    振動する結晶からの中性子回折を二次元中性子検出器と飛行時間法を併用することで、中性子回折角度ならびに強度変化を測定した。
    測定では3mm×120mm×14mmのXカット水晶を使用した。水晶はX軸方向に分極を起こすため、この軸に垂直なXカットの変位が最も大きい。結晶上に製作したAl電極に対して40Vの電圧を印加し、22.7kHzの固有振動モードで振動させた。顕微鏡で観察した最大変位量は約5μmであった。
    中性子回折実験はJRR-3M、ULSにおいて4.7Åの中性子を使用して行なった。測定器として抵抗分割型光電子増倍管とZnS:Liシンチレータを組み合わせて使用した。結晶を22.7kHz、44μsの周期で振動させて中性子回折像を測定した。その結果、中性子強度分布が時間とともに変化する事を観測した。中性子強度分布は大きく2つの成分からなることが分かった。4.7Åの中性子の速度は約840m/sであり、半周期に当たる22μsで1.8cm進む。検出器を1.8cmもとの1位置からずらした場合、中性子強度変化の位相がπずれることを確認し、回折中性子が結晶の振動周波数と一致した周期性を持つことを確認した。
    測定データに対して、二重ガウスフィッティングを行い、ピーク位置ならびに中性子強度変化の時間変化を導いた上で、理論モデルと比較した。ドップラー効果による変位量が変形による変位量より大きい場合、回折中性子強度の時間変化は正弦関数を折り返した形であられる。測定した中性子ピークはこの形になることを確認した。位置の時間変化に関しては、一つのピークに関しては理論計算と概ね一致したが、他方は予測と異なる結果となった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 17360448
  • DT中性子計測への応用を目指した高品質単結晶ダイヤモンドの合成と特性評価
    科学研究費助成事業 特定領域研究
    2005年 - 2005年
    金子 純一; 藤田 文行
    本研究では二つのテーマについて研究を行った。一つ目のテーマである高品質単結晶ダイヤモンドの合成と評価では、超高純度原料をもちいた高圧高温合成単結晶ダイヤモンドの合成と評価を行い非ダイヤモンド原料を使った場合、結晶性に問題が生じる可能性があること、現状の技術ではHP/HT法によってエネルギースペクトロメータグレードの単結晶ダイヤモンドを造ることはペンディングとすべきであるものの、CVD単結晶合成用の基板としては極めて有望であることを明らかにした。また高品質CVD単結晶ダイヤモンドの合成と評価を行った結果、透明な大面積基板は歩留まりよく合成可能であるものの電気特性向上を狙った合成条件の探求が必要であることがわかった。
    二つ目のテーマである電荷捕獲準位同定手法の開発では試料に対する電荷捕獲をあらかじめ行ったうえで、光電流測定を行い、捕獲準位のエネルギー同定を行う測定方法確立の目処を立てた。紫外線とWランプからの単色光を用いた不純物準位の評価技術の開発を行い、超高純度HP/HTダイヤモンド及びCVDダイヤモンドの計測を行った。外気導入による冷却によって試料温度を0℃付近まで下げることで熱雑音を1桁減らし、数100fAの電流計測を可能にした。この方法は従来に無い極めて優れた方法であり、高品質ダイヤモンド合成のために完成を目指すべき手法といえる。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 17044001
  • 積層構造をもったCVD単結晶ダイヤモンド放射線検出器の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2003年 - 2004年
    金子 純一; 澤村 晃子; 伊藤 利通; 寺地 徳之
    本年度は積層型CVDダイヤモンド検出器の製造工程の改良を進めた。前年度、原子レベルで平滑なホウ素ドープ基板上に絶縁層を成長させて検出器を製作することを試みたが、異常成長の影響で満足な性能の検出器を作ることが出来なかった。そこで従来の方法に製作方法を戻して検出器の性能改善を試みた。その過程で積層したCVDダイヤモンド層がIb型基板結晶の表面状態の影響を大きく受けていることが分かった。そこで結晶研磨方法と成長するダイヤモンド層の相関関係に関する検討を行った。以前はダイヤモンドの異方性によって、比較的削りやすい方向に削られた基板上にダイヤモンドを成長させていたため、比較的結晶性の良いCVD単結晶が得られていたが、研磨メーカーがランダムな方向に結晶を研磨する手法に変更を行った結果、全く質の悪いCVDダイヤモンド層しかえられなくなっていることが分かった。そこで、研磨方法をより優れた方法に変更することによってこの問題を解決した。またあらたな構造としてわずかなホウ素不純物のみを含んだIIb型基板の上にCVD単結晶を成長して検出器として動作させることも試みた。また製作した検出器の特性評価を行う目的で整備した213nmUVパルスレーザーとα線をもちいた電荷キャリアの輸送特性評価システムを完成し、製作した検出器の特性評価を行った。評価では積層型CVDダイヤモンド放射線検出器のほかCVDダイヤモンド自立膜や高純度高圧高温合成単結晶の評価を行った。また検出器評価の一環として14MeV中性子に対する応答関数測定実験を行なった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 15360498
  • 新材料メタンハイドレートを用いた高性能パルス中性子減速材の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2002年 - 2004年
    鬼柳 善明; 加美山 隆; 平賀 富士夫; 澤村 晃子; 金子 純一; 古坂 道弘
    メタンハイドレートの中性子断面積の特性を知るために、中性子非弾性散乱実験を行い、そのデータ解析を進めた。メタン分子の回転は自由回転に近く、最低レベルを1.1meVとして自由回転モデルで計算することによって、上手く実験でのエネルギーレベルが再現できる。しかし、これだけでは散乱強度を全て説明できなかった。この原因としてメタンの氷格子中での並進運動が考えられ、4.4meVと7.4meVに大ケージと小ケージに対応すると思われるピークがあることが分かった。これらのピークは実験的に初めて明らかにされたものである。水分子の揺動運動については、メタンハイドレートと氷で、強度分布に少し差がみられた。しかし、全体としては、メタンハイドレートの断面積は、メタン単体の断面積と氷の断面積を足し合わせることによって近似出来ることが分かった。
    メタンハイドレートの中性子エネルギースペクトルと放出時間分布の測定を、結合型と非結合型の減速材タイプについて行った。結合型減速材においてはスペクトルの形は、氷のものに近かった。ピークエネルギーは、メタンや水素が約3meVであるのに対して、約7meVと高くなっていた。そのため、熱中性子領域では強度が高いが、冷中性子領域ではかなり低くなっている。非結合型減速材においても、同様の結果が得られ、水素減速材やメタン減速材よりも特性は劣っていた。また、中性子放出時間は、他の減速材より広い分布を示しており、この観点からも劣ることが示された。この結果から、メタンハイドレートは、熱中性子から冷中性子までの広いエネルギー領域でスペクトル強度があまり変化しないという特徴を持つが、冷中性子領域では、強度がメタンや水素より劣る。これは、減速が良いメタンの効果があまり大きくなく、氷の特徴が主として表れたためと考えられる。この減速材を冷中性子源として使用するメリットはあまりないと考えられる。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 14380229
  • 医用原子力
    2004年
    競争的資金
  • Nuclear engineering for radiation therapy and diagnostics
    2004年
    競争的資金
  • 中性子散乱実験用高速・高位置分解能二次元中性子検出器開発のための基礎研究
    科学研究費助成事業 萌芽研究
    2002年 - 2003年
    金子 純一; 片桐 政樹
    今年度は前年度行なったGd金属箔の検出効率が思うように上がらなかったことから、Gd系シンチレータの薄膜化とMCPの組み合わせについて実験的に研究を進めた。Gd金属箔からの内部転換電子は1方向へのみ放出された分がMCPに入射可能となる。一方、Gd系シンチレータを使用した場合は、内部転換電子がシンチレータ内で光に変換されるため、光の取り出しを上手く行なうことで4π方向に出た内部転換電子を全て捉えることができる。この方法をもちいた場合、最大の問題となるのがMCPが直接γ線や中性子線と反応することである。この部分については北大ライナックならびに高エネルギー加速器研究機構KENSにおける実験を行い、MCPが直接反応した場合の信号の減衰時間(数ns)とシンチレータの減衰時間(数10ns)程度の違いをもちいて弁別できることを確認した。またシンチレータの薄膜化については、今後さらに進める必要があるものの、焼結手法によって中性子をほぼ100%捕獲し、γ線の影響を最低限に抑えられる30μmの厚さを得るめどを立てた。このシンチレータは焼結条件によって発光強度と透明度が変わることが分かっている。この部分については今後、合成条件の最適化をすすめる必要がある。本研究は今年度で終了するが、Gd系シンチレータとMCPを組み合わせることで、中性子イメージングを行なえる基礎的実証データを積み上げることに成功し、初期の目的を達成することが出来た。今後、さらに100μm以下の位置分解能をもち、残留応力測定等に使える中性子イメージング装置の開発につなげていく必要がある。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 14658142
  • 酸化物シンチレータの開発
    2001年
    競争的資金
  • development of oxide scintillators
    2001年
    競争的資金
  • 中性子散乱実験用中性子検出器・中性子光学素子の開発
    1999年
    競争的資金
  • Development of neutron detectors and neutron optics
    1999年
    競争的資金
  • 人工ダイヤモンド放射線検出器の開発
    1994年
    競争的資金
  • Development of synthetic diamond radiation detectors
    1994年
    競争的資金
■ 産業財産権
  • 放射線計測方法及び放射線計測装置
    特許権, 井▲崎▼ 賢二; 森下 祐樹; 山崎 巧; 金子 純一; 樋口 幹雄; 坪田 陽一; 山本 誠一; 石橋 浩之, 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 国立大学法人北海道大学
    特願2015-028396, 2015年02月17日
    特開2016-151454, 2016年08月22日
    特許第6524484号, 2019年05月17日
    201903002078894496
  • 単結晶、放射線検出器及び放射線検出器の使用方法
    特許権, 石橋 浩之; 志村 直明; 金子 純一; 坪田 陽一; 樋口 幹雄; 西山 修輔, 株式会社オキサイド, 国立大学法人北海道大学
    特願2014-029357, 2014年02月19日
    特開2015-151535, 2015年08月24日
    特許第6303146号, 2018年03月16日
    201803004677560666
  • シンチレータプレート、放射線計測装置、放射線イメージング装置およびシンチレータプレート製造方法
    特許権, 金子 純一; 樋口 幹雄; 嶋岡 毅紘; 坪田 陽一; 井崎 賢二, 国立大学法人北海道大学, 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
    特願2013-507801, 2012年03月30日
    特許第5971866号, 2016年07月22日
    201603007274739059
  • ダイヤモンド半導体デバイス
    特許権, 金子 純一; 坪田 雅功; 梅澤 仁; 鹿田 真一; 坪内 信輝; 小泉 聡, 国立大学法人北海道大学, 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 国立研究開発法人物質・材料研究機構
    特願2014-265640, 2014年12月26日
    特開2016-127088, 2016年07月11日
    201603014067241039
  • 動的腫瘍の放射線治療装置および動的腫瘍の放射線治療プログラム
    特許権, 金子 純一; 白土 博樹; 藤田 文行; 高田 英治, 国立大学法人北海道大学, 独立行政法人国立高等専門学校機構
    特願2009-500232, 2008年02月21日
    WO2008-102843, 2008年08月28日
    特許第5113828号, 2012年10月19日
    201303010798437287
  • 単結晶シンチレーター
    特許権, 上田 俊輔; 石橋 浩之; 蔵重 和央; 金子 純一; 樋口 幹雄; 川村 宗範; 佐伯 掌平, 日立化成工業株式会社, 国立大学法人 北海道大学
    特願2008-050385, 2008年02月29日
    特開2009-074039, 2009年04月09日
    200903012738634458
  • 入力関数測定装置
    特許権
    特許公開２０１１－６４６６１
  • 小型Ｘ線発生装置
    特許権
    特許公開２００９－２８３１６９
  • 単結晶シンチレータ
    特許権
    特願2008-050385
  • 動的腫瘍の放射線治療装置および動的腫瘍の放射線治療プログラムム(PCT/JP2008/052944)
    特許権
    特願2007-041373
  • 中性子線検出器
    特許権
    特開２００４－１８４１０４
  • 高速・高位置分解能型中性子検出用ガスカウンタ計測システム
    特許権
    特許公開２００２－６２３６０

研究シーズ集

■ 研究シーズ