■会議報告
International Forum on Detectors for Photon Science(IFDEPS 2018）会議報告
今井康彦
初井宇記（高輝度光科学研究センター）（理化学研究所）

IFDEPS は，放射光分野の検出器に関する議論を行う

Session 7: First operation experiences with new detectors

ために， ESRF の Pablo Fajardo 博士， SLAC の Gabriel-

Session 8: Overview of DAQ general strategies at large

la Carini 博士†，理研の初井の 3 名が Organizer となって立上げたワークショップであり，今回が 2 回目となる。
第 1 回は，2016年 2 月28日3 月 1 日に富士山の麓である河口湖畔のホテルで開催された1)。このときは，日本ではfacilities
Session 9: Technologies for high-throughput data acquisition
Session 10: Future of photon science detectors

産業界を中心に可視光 CMOS イメージセンサの研究が盛

アブストラクトと講演のスライドは web で公開されてんであることから， CMOS イメージセンサの X 線応用をいるので，詳細に興味がある方は，そちらも参照していたハイライトトピックとして， X 線画像検出器で要求されだきたい2,3) 。ここでは概要と主要なトピックスについてる高エネルギー光子検出，高ダイナミックレンジ，XFEL紹介する。

用の積分型検出器などの画像検出器に関する集中的な議論

ESRF の M. Krisch 博 士 に よ る Opening talk で は ， 将が行われた。第 2 回の今回は，光子のエネルギーを検出来の光源を使った実験で必要となる検出器とヨーロッパにできる固体検出器（エネルギー分散型検出器）をハイライおける検出器開発の状況が紹介された。光源のアップグ

トトピックに設定し，2018年 3 月11日14日にフランスのレードは ESRF だけでなく，多くの放射光施設で検討・アヌシー湖畔のホテル Les Tr áesoms で開催された。ワー実施されている。次世代光源では検出器に対する要求が厳

クショップは招待制で，施設長の推薦を受けた 1 施設 1

しくなることに加え，多様な検出器が必要とされる。開発名の施設代表と招待講演者のみの参加となっている。世界費の捻出を考えると施設を運営する立場からは悪夢

各地の 21 の放射光施設を含む 35 の大学・研究機関から 49（ nightmare ）だと述べ，この困難に立ち向かうには情報名の参加があった。日本からは KEK の岸本俊二先生と筆交換のレベルを超えたグローバルな共同開発が必要との主者らが施設代表として，AIST の大久保雅隆先生が招待講張であった。質疑応答では，グローバルな協力を実現する演者として参加した。Fig. 1 に集合写真を示す。

上での予算や研究遂行体制の課題について，主に米国の参プログラムは，ハイライトトピックであるエネルギー分加者からコメントが相次いだ。 Opening の後は， Annecy

散型検出器に加えて，新しい検出器を使った初めての実験の街のガイド付きツアーがあり，夕食が Annecy 旧市街の結果，データ収集系で構成され，最終日には各セッションレストランで振る舞われた。のチェアーによるまとめと 10 年後の予測が行われた。セ

2 日目は，15の施設の代表からの検出器の開発状況の紹ッションの構成は次の通りである。

介で始まった。持ち時間は一人 3 分間と短かったが，こSession 1: IFDEPS Opening

れで様々な検出器開発の状況がわかるように構成されていSession 2: Update on development activities at photonた。ヨーロッパでは，開発は施設単独ではなく，複数の研究機関による協力で行われることがほとんどであった。こsources
Session 3: Semiconductor sensors for Xray spectroscopyの活発なコラボレーションは，EU の研究開発予算がコラ

Session 4: Readout architectures for high count rate

ボレーションを前提としている，という理由にもよる。一energy dispersive detection systems方アメリカでは， DOE が研究所間を競わせるという土壌

Session 5: Advanced multielement and position sensitiveがあるためか，研究所間の共同開発はそれほど多くない。
また，ヨーロッパはスピンアウト企業による検出器の供給

energy dispersive detectors
Session 6: Detection technologies for high resolution spec-が一定の成功を収めており，ほとんどの研究所がスピンアウト企業を有しているのに対し，アメリカではスピンアウ

troscopy

ト企業は現時点でほとんどない。ただし，研究所間の契約† Carini 博士は現在 Brookhaven 国立研究所に所属している。

によりヨーロッパの施設への導入例が出てきている

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 281(C) 2018 The Japanese Society for Synchrotron Radiation ResearchFig. 1

Group photo of the IFDEPS 2018 at Les Tr áesoms Hotel beside the Lake Annecy.

（Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL）のる簡潔なシステムにまとめられていて，ゴニオメータにマウントして回転できていた。 Ge は， GeO2 が不安定な化

fastCCD が EuroXFEL に採用されたなど）。

セッション 3～ 9 は，エネルギー分散型検出器，新しい学状態であり，酸化膜による絶縁が困難であることがデバタイプの検出器，データ収集（data acquisition, DAQ）にイスとしての弱点であった。Ge strip 検出器が実用化されついてである。今回の研究会で改めて明らかになった新したのは，酸化膜の代わりにエッチングで溝（トレンチ）をい潮流は Ge の躍進である。筆者らから見て新しい応用の掘り，真空に絶縁層の役目をさせるという新技術の開発が可能性を具体的に示していたのは Brookhaven

National背景にある。このトレンチ技術はドイツユーリッヒ研究所

Laboratory (BNL）の A. K. Rumaiz 博士による Ge stripの T. Krings 博士らが開発したもので， BNL のプロジェ検出器開発の発表で， strip 192 個および strip 384 個を有クトに提供されている。 Krings 博士のグループは検出器する検出器が NSLSII や APS で順調に稼働していること

グレードの Ge 加工技術において最先端の研究開発を行っが報告された。 Strip それぞれが， Silicon Drift Detectorている。のようにエネルギー分析できる。エネルギー分解能の実績

次に，Krings 博士らと共同研究している Politecnico diとしては60 keV で450 eV という結果が示されていた。粉Milano の A. Castoldi 博士から，Germanium drift detec-末結晶構造解析用の 384 strip の検出器では，一つの striptor (GeDD）の実用化に向けた取り組みが紹介された。こが125 mm×8 mm で厚みは 3 mm あり，高エネルギー領域れまでは Si に限られていた Drift detector を Ge で実現すでも高い量子効率を実現できている。また，光子それぞれるものである。実用化されると， 20 keV 以上のエネルのエネルギーと到来時刻を保存できる信号処理用集積回路

ギー領域において，広い面積・高いエネルギー分解能・高が搭載されている。同一光子由来の隣接したストリップにい計数率・より高温での動作が期待できる。 Drift detec-

またがった信号の強度比情報から，後処理によって strip

tor は小さなアノードに信号電荷が集まるようにセンサ内の間隔を超える空間分解能を実現できる予備実験データも部の電界をテーラーメイドしなければならない。この電界示された。筆者（初井）の印象でしかないが，20 mm 以下構築のために必須なのが，多数の電極用 strip 間を絶縁すの空間分解能も実現できそうである。Strip 検出器の場合，る技術である。絶縁特性を評価するための試作品で，実用strip 1 本あたりの体積が小さいので信号処理回路当たりバイアス条件で strip 間の耐圧を10 V 以上を確保することの暗電流が少ない。したがって，原理的には旧来の Ge 検ができたとの興味深いデータが示された。また，このデー出器に比べ高い動作温度でも同一性能を実現できる。彼らタに基づく詳細なシミュレーションから大面積 GeDD ，の検出器は，クローズドサイクル型の窒素冷凍機を接続すマルチエレメント GeDD が可能であることが示された。

282 ● 放射光 July 2018 Vol.31 No.4

放射光ニュース ■ 会議報告2018 年 2 月 か ら プ ロ ト タ イ プ GeDD を 製 造 中 と の こ とた。 STJ 検出器では，クーパー対が高速に STJ 部に移動で，会場の多くの参加者から質問が相次いだ。コーヒーブし電流信号に変換される。このため，後述する TES や

レイクでは，MIT の Lincoln Laboratory による Germani-

MMC といったカロリメータに比べ素子当たりの計数率がum CCD の開発4)も話題となり，筆者らは Ge 検出器のル約 1000 倍高い。利用例として，放射光での微量元素の蛍ネッサンスともいうべき新しい潮流を強く感じた。

光収量軟 X 線吸収分光の例が示された。また， SSLD はまた，5 年ほど前にホットトピックであった CdTe 画像

超伝導状態が X 線光子によって壊れることを利用した光検出器は，結晶を製造しているアクロラド社の結晶の質が子検出方法で，エネルギー分解能はないものの，1 次元方向上したこと，およびセンサの実装方法を各研究所が蓄積

向のみではあるが CCD 検出器よりも高い 1 mm 以下の空してきたことがあり，これを利用した検出器が各施設で順間分解能が得られる。超高分解能軟 X 線非弾性散乱分光調に立ち上がってきている。更に新しい可能性としては，器に向けて台湾 TPS との共同開発に着手したとの報告がSTFC Rutherford Appleton Laboratory の M. C. Veale 博あった。 CCD では表面の不感層により軟 X 線領域で感度士が講演の中で議論を行った，高精細なサブピクセル分解が低下するが， SSLD では原理的に感度 100を達成でき能の画像取得（～10 mm レベルと推定）がある。

るなどの特徴も併せ持つことが利点であるなどの議論が展

英国 Surrey 大学の Paul Sellin 博士は， Ge 以外の重原開された。

子センサ材料についてレビュー講演を行った。 20 keV 以

STJ 検出器ではセンサ部を厚くすると， STJ 部に伝搬上の硬 X 線検出用の新しい半導体材料（CdZnTe, CdTe,する前にクーパー対が壊れてしまう。したがって，硬 XGe, GaAs 以外）が，核物質の検出と同定を目的とした安線で高い感度を実現するには限界がある。現時点では 1

全保障分野で多く研究開発されている。しかし，安全保障keV 程度までの利用にめどが立っている。一方，厚いセ向けでは，放射光利用実験で重要な X 線照射耐性や高計ンサ部を構築でき高エネルギー X 線検出が原理的に可能数率能力は要求されない。したがって，これらの基礎デーなものに， X 線光子が吸収されたときのセンサ部の温度タはまだ蓄積されていない。筆者らの印象では，放射光用上昇を測定する検出器がある（カロリメータ）。温度上昇

途の実用的な重元素新材料はまだこれからというところでによって超伝導状態が壊れる現象を利用し温度変化を高感あった。

度に検出するのが超伝導転位端センサ（ transitionedge

また，BNL の D. P. Siddons 博士からは，Si フォトダsensor: TES）で，NIST の Douglas Bennett 博士が報告

イオードを384個集積した Maia detector system の発表がを行った。 TES 検出器は，エネルギー分解能は素子の熱あった。中心に穴の空いたセンサで，ちょうど背面 Laue容量に依存する。高エネルギー X 線を高感度に検出しよ

写真を撮影するようにして用いる蛍光 X 線検出器であうとすると，素子が大きく（熱容量が大きく）なるのでエる。広い立体角が見込め，検出器とスキャン用モータがシネルギー分解能が悪くなる。したがって，ターゲットのステ ムとし て同 期動作 する ように 作り込 まれ てお り，

X 線エネルギーごとに素子サイズを最適化することが一Australian Synchrotron, PETRAIII, DESY, NSLSII,般に行われる。また，超伝導転移温度よりやや低い温度

CHESS といった放射光施設だけでなく X 線発生装置とも（ 100 mK 程度）の極低温に保つ必要がある。この 10 年で組み合わせて広く用いられるようになっている。Maia 検

クライオスタット技術は進歩し，今ではスイッチを入れる出器のエネルギー分解能は 200 eV FWHM より悪く，技だけで検出器を確実に冷却できるが，試料周りからの熱流術的には改善の余地がある。しかし，実際の微小ビームを入には注意が必要とのことであった。実測で， 2.1 eV ＠使うアプリケーションでは微量元素の濃度が相対的に高く5.9 keV，1.0 eV＠500 eV のエネルギー分解能が得られてなるので，エネルギー分解能よりも実効的なスループットいた。この NIST で開発された TES 検出器は， SLAC な等のほうが性能指標として重要であるとの見解を示していどに提供されて利用が始まっている5)。素子温度と超伝導た。また，蛍光 X 線の放出角度と強度の関係から，元素状態が壊れることによる電流変化の物理的な関係は複雑での深さ情報についてもマッピングが可能であることが示さある。したがって，この検出器は光子エネルギーと出力信れていた。

号が非線形で複雑な関係であること， TES 部の温度変化

AIST の大久保雅隆先生は，超伝導検出器の一つであるによるエネルギー位置のドリフトなどにも注意が必要であ

超伝導トンネル接合検出（Superconducting tunnel junc-る。NIST が作成したデータ補正等を行うソフトウェアはtion: STJ）と超伝導細線検出器（superconducting nano-

よくできているものの検出器の専門家向けであり，ビームstripline detector: SSLD）の最近の進展について，原理とラインへのインテグレーション時に苦労があったとのこと応用例についての報告をされた。 STJ 検出器についてはであった。ユーザーコミュニティ全体でデータ補正を行う100素子のシステムが開発されており，400 eV の光子エネ

宇宙分野と放射光の文化の違いが一因とのコメントもあっ

ルギーにおいて高計数率（200 kcps）と10 eV 以下のエネた。

ルギー分解能が実現されている。今後 1 eV 程度の分解能，

Heidelberg 大学の Andreas Fleischmann 博士は，磁性1000 素子までのアップグレードを進めるとのことであっ体の磁場変化の測定で X 線による温度上昇を検出する

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 283

Magnetic Micro-Calorimeters（MMC）について講演を行

レーションの課題についての話はあまりなかったが，実際った。比較的新しい技術であるが， X 線光子エネルギーに は い ろ い ろ な 苦 労 が あ る は ず で あ る 。 例 え ば ， Dia-と出力信号に直線性があること，多素子化が比較的容易でmond Light Source では PILATUS のインテグレーションあることが TES に比べた優位点である。2021年に1000素に 2 年かかったそうだ。これは長すぎたと言われていた子を目指しているとのことであった。放射光のようにセンが，ビームラインを見ている立場からすると，実感としてサ面積と計数率が必要なアプリケーションでは MMC の良く分かる。新しい検出器の最高性能を発揮できるように将来の発展も期待される。

なるまでに数年かかることは珍しくない。 10 年後には，

セ ッ シ ョ ン 6 の 最 後 に は ， Helsinki 大 学 の Simo

この よう な検 出器の ビー ムライ ンへの 導入 が痛み なし

Huotari 博士が分光器による X 線光子エネルギー検出につ（ painless ）で簡単にできるようになっていて欲しい，といて丁寧なレビューを行った。結晶分光器の高次反射が重いう希望が語られた。そのためには，検出器の較正をビーなる場合などで TES ， MMC 等のカロリメータが有効でムラインと同じような環境の下でしっかりと行い，データはないか，等の議論が展開された。

収集系や機器との取り合いについてもビームラインのシス

セッション 9 では，高エネルギー物理の分野の DAQ にテムとの十分なすり合わせを行うことが必要だと思われる。

ついて講演があった。技術的な細部について参考になる部

このワークショップは，2 年ごとに開催していく計画で分もあったが，ここでは割愛する。全体として，高エネルあり，次回は New York で 2020 年の予定とアナウンスさ

ギー物理実験の例は参考になることがあったとしてもそれれた。

ほど多くはなく，高エネルギー物理の分野で独自の DAQ開発が行われてきたように，放射光分野でもコミュニティの要求に答える DAQ の戦略的な開発が必要とされていると改めて認識した。

【おわりに】
新しい検出器の開発には，一般に 5 年程度，場合によっては 10 年程度の長い時間が必要となる。いわゆる第 3最終日に行われたセッション 10 では，各セッションの世代放射光施設が稼働し始めたばかりの 20 数年前は，市チェアーによるレビューと 10 年後の予測が発表された。

販の検出器をうまく組み合わせるか，少し手を加える程度主なところを紹介する。検出器の較正の重要性に関して，の工夫で最先端の実験が可能であったように思われる。一

S. Gruner 博士（ CHESS ）の言葉が紹介された。“ Your方，中規模低エミッタンスの放射光施設が各地で稼働し始

detector is only as good as your calibration”検出器の性能め，更に開発ベースの検出器の利用も始まっている今日ではどれだけ良く較正できたかで決まる，という言葉であは，既存の施設において市販の検出器に頼っているだけでる。逆に言うと，適切に較正されなければ，本来の性能はは競争に勝つことは容易ではない。諸外国では大きな研究発揮されないことを意味する。 XFEL 用の画像検出器，目標の達成のため，新規の検出器開発を含むビームライ

特に米国 LCLS の CSPAD 検出器は複雑な補正計算を必

ン・エンドステーションの総合的な研究開発を戦略的に進要とするため，LCLS のユーザーを中心に補正の重要性がめている，という状況を肌で感じることが出来た。コラボ認識されている。 LCLS や EuXFEL では，ユーザータイレーションに関しては，国や地域によって特徴があるようム中にユーザーが検出器補正データを取得する前提となっで，ヨーロッパとアメリカにおける状況は前述のとおりでており，ユーザーコミュニティへ検出器のより深い理解をある。ブラジルや台湾，オーストラリアも国際的なコラボ促すワークショップやソフトウェア群の整備が行われていが比較的活発になってきている。一方，善し悪しは別としる。ユーザグループにそれぞれ検出器補正の「担当者」がて，日本の放射光施設における先端検出器の導入は，スピいて実験を遂行するイメージである。検出器の補正は検出ンアウト企業から代理店を通して購入という形が一般的で器を学ぶ良い入り口で，ユーザーの工夫により，時としてある。すくなくとも今後は，開発段階からの開発者との関検出器開発者が想像もできないような高い精度が得られる係構築と早期導入を検討していく必要があるだろう。より場合もあるが，検出器の内部アーキテクチャを理解しなけ

詳しい議論は，JSR2018の企画講演 4『放射光における検れば検出器が全く利用できないというのもコミュニティと出器開発』の会議報告6)でも報告させていただいているのして効率が悪い。初井らが SACLA で整備した MPCCDで参照していただきたい。

検出器では，ビームライン担当者・ユーザーコミュニティの検出器補正作業を不要とするために各種エンジニアリン【あとがき】

グ・技術選択を行った。しかし，今後先鋭的な検出器性能ワークショップはフランスのアヌシーで開催されるにもが求められてくると，検出器補正の容易さと性能の両立が関わらず，集合場所は隣国スイスのジュネーブ駅前となっ困難な局面が出てくる。今後施設側の運用体制を含め，検ていた。会場のホテルへは，貸し切りバスで国境を越えて出器システムとしての先端性と汎用性のバランスをよく考向かった。また，会議後のバスもジュネーブ空港へと直行えていく必要があると感じた。

した。シェンゲン協定のあるヨーロッパならではある。会

また，講演者からは検出器のビームラインへのインテグ

284 ● 放射光 July 2018 Vol.31 No.4

場は，第 1 回，第 2 回共に山間にある湖畔のホテルが選放射光ニュース ■ 会議報告

ばれた。アヌシー湖は周長約 38 km のフランス第 2 の湖で，初日の夕方に行われたツアーでは，外周はフルマラソンと同程度の距離なので，一周走る人もいるとの紹介されていた。 2 年後に予定されている第 3 回は NSLS II が担当である。ニューヨークのロングアイランドには，これらのように大きな湖や山はないようだ。さて，彼らはどこを開催場所として選ぶのだろう

参考文献
1) http://xfel.riken.jp/IFDEPS2016/home.html
2) http://www.esrf.eu/home/events/conferences/2018/ifdeps
2018/programme.html
3) http://www.esrf.eu/home/events/conferences/2018/ifdeps
2018/presentations.html
4 ) 初期 の結 果は次 の論文 で発表 されて いる。 C. Leitz et al.:JINST 12, C05014 (2017).
5) W. B. Doriese, P. Abbamonte et al.: Rev. Sci. Instrum. 88,053108 (2017).
6) 初井宇記，岸本俊二放射光 31, 136 (2018).

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