光量子計測器開発推進室の活動報告

数理物質融合科学センターワークショップ
2017年1月23日

金 信弘（光量子計測器開発推進室長）

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光量子計測器開発推進室
センター共有の光量子計測機器開発基盤＋つくば地区連携大学拠点
筑波大およびつくば研究機関における理工学分野の密接な連携により、計測器開発に関する情報共有、計測器開発の融合共同研究、新しい計測器のアイデアの創出、計測器技術の産業社会応用を推進する。

数理物質融合科学センター (CiRfSE)
融合研究企画室

宇宙史国際研究拠点

環境エネルギー材料研究拠点

光量子計測器開発推進室
開発室員： 金（室長）、冨田、江角、原、西堀、近藤
超伝導検出器の開発，ＳＯＩピクセル検出器の開発，MPPC読み出しミュー粒子検出器等＋公募プロジェクト

TIA-ACCELERATE（TIA光・量子計測）における筑波大学の活動拠点。

２０１５/１０/１９ 発足

つくばの他機関との連携

TIA光・量子計測(TIA-ACCELERATE)
KEK,NIMS,筑波大,産総研,東大KEK 測定器開発室
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産総研 ＣＲＡＶＩＴＹ施設光量子計測器開発プロジェクト
光量子計測器開発プロジェクトの基盤テーマとして、以下の計測技術の開発を推進する。

超伝導検出器

超伝導トンネル接合素子検出器(STJ)の構造(上)と可視光レーザー光(10光子相当）に対する応答信号(下）

SOI技術

SOI技術による電子回路と半導体飛跡検出器を一体化したSOIピクセル飛跡検出器(左)と100kGyガンマ線照射後の赤外レーザー光応答信号(右)。
SOI極低温増幅器と超伝導トンネル接合素子検出器(STJ)を一体化したSOI-STJ検出器

大型構造イメージング
MPPC光子検出器

MPPC光子検出器を用いた宇宙線計測装置（左上）を東海第2発電所の原子炉建屋の周辺3か所に設置し（右上）、内部構造をX線画像のように再構成した (左下)。

１．超伝導検出器： 遠赤外線光子カウンター、高エネルギー分解能光量子計測器として宇宙史研究・物質科学研
究・産業応用
２．SOI技術： 高集積電子回路・極低温電子回路・粒子ピクセル検出器として宇宙史研究・物質科学研究・産業応用３．大型構造イメージング用MPPC：宇宙線ミュー粒子計測器として、宇宙線研究・インフラ診断・火山活動予測
さらに、上記以外の計測技術についても、本センターにおける基礎科学・産業応用に用いられる計測技術の提案検討に基づいて、プロジェクトの一テーマとして開発

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TIA光・量子計測（TIA-ACCELERATE)「TIA光・量子計測」はTIA５機関(KEK， NIMS，筑波大，産総研，東大）の高度な光・量子計測技術の力を結集し、新 しい科学と産業の創成を目指す。高性能の光・量子発生技術開発、光・ 量子検出器と先端的計測技術法開発、および光・量子ビーム利用による基礎物性研究を推進。

TIA光・量子計測MG：
野村、幅、池田、羽入 山中、高瀬（以上KEK）、大久保、井藤（以上AIST）、北澤、櫻井、菱田（以上NIMS）、大塩、守友、金（以上 筑波大）、佐々木（東大）
TIA光・量子計測MG会議 2016年4月15日、8月1日● TIAかけはし：TIA連携プログラム探索推進事業● TIA光・量子計測シンポジウム

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TIAかけはし：TIA連携プログラム探索推進事業TIA5機関（産総研、物材機構、筑波大、KEK、東大）は、平成２８年度新規共同事業として「TIA連携プログラム探索推進事業」を開始（事業経費総額（5機関総計）：約7000万円）．
本事業は、TIA5機関の連携基盤を強化しつつ、新規領域の開拓や大型研究資金獲得のための戦略の立案と体制の構築等を行い、「知の創造と産業界への橋渡し」を目指す．

●TIA連携プログラムとは： TIA5機関の連携に寄る共同研究・共同事業に関する調査研究

光・量子計測センシングスクエアの筑波大参加の採択テーマ（H28年7月22日）
テーマ

代表者

代表者
機関

参加機関

簡単・便利な超伝導計測―100倍精度の計測を非専門家の手で

田島 治

KEK

AIST、NIMS、筑波大(金)、東大

3次元積層半導体量子イメージセンサの調査研究

新井 康夫

KEK

AIST、筑波大(原）、東大トンネル接合型超伝導検出器と静電型蓄積リングを用いたO結合型糖ペプチド構造解析 高橋 勝利
技術の開発のための調査研究

AIST

筑波大（冨田）、KEK

平成29年度募集
募集期間

H29年2月1日～4月7日

結果発表

6月中旬

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TIAかけはし関連研究会（１）
TIA かけはし (連携フロクラム調査) 研究課題

「簡単・便利な超伝導計測 – 100倍精度の計測を非専門家の手で」によるフレインストーミンク研究会
オーター・ケルヒン環境で「簡単・便利計測」を実現できるか?
日時： 2017年1月4日 14:00 – 17:20
会場： 物質・材料研究機構(NIMS)千現地区 本館一階会議室
参加者： 27名————————————————————
多様な分野で実際に使える超伝導計測技術を提供することを目指している。広い提供が実現した暁には、既存の半導体計測機器にとって変わり、100 倍高精度な計測能力を多くのユーザーが利用可能となる。 このような計測デバイスの産業革命をめざして、KEK, NIMS, AIST, 筑波大, 東大の連携研究をスタートした。超伝導計測分野の主流は、究極性能の追究を優先して 1 ケルビン未満の温度下で使用する開発であった。一方、温度仕様制限を緩めることで、「簡単・便利」を実現する有力パスとなる可能性もある。本研究会は、そこに焦点をあてて計測アイデアを検討した。
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プログラム
14:00 - 14:05 はじめに – 田島治 (KEK)
14:05 - 14:25 STJ の応用アイデア紹介 – 浮辺雅宏 (AIST)
14:25 - 14:45 ボロメトリックな応用アイデア紹介 – 高橋浩之 (東大)14:45 - 15:05 KID の応用アイデア紹介 – 美馬覚 (理研）
15:05 - 15:25 GM, PTC、冷媒等の重機器以外の可能性検討 - 田島治 (KEK)
15:25 - 15:45 議論
ブレイク (15:45 – 16:00)
16:00 - 16:20 高温超伝導材料の適用可能性 – 高野義彦 (NIMS)
16:20 - 16:40 冷却エレクトロニクス・SOI 低温アンプ – 武内勇司 (筑波大)
16:40 - 17:00 室温エレクトロニクス・安い KID 読み出し装置 – 小栗秀悟 (KEK)
17:00 - 17:20 議論

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TIAかけはし関連研究会（２）【第１回 TIAかけはし「3次元積層半導体量子イメージセンサ」研究会】
日時: 2017年1月30日 13:30 – 17:30
会場: つくば国際会議場 中会議室２０２————————————————————
TIA連携プログラム探索推進事業「かけはし」の“3次元積層半導体量子イメージセンサの調査研究”

グループ（KEK、AIST、東京大学VDEC、筑波大）
が主催。
本研究会では、最新の３次元積層技術や、量子イメージングセンサー技術を持ち寄り、今後の研究開発の方向性に関する活発な議論を行います。

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第2回TIA光・量子計測シンポジウム【参加者数】約100名「光・量子計測」はTIA５機関の高度な光・量子計測技術の力を結集し、新 しい科学と産業の創成を目指す。高性能な光・量子発生技術開発、光・ 量子検出器と先端的計測技術法開発、および光・量子ビーム利用による基礎 物性研究を推進。

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光量子計測器開発推進室
センター共有の光量子計測機器開発基盤＋つくば地区連携大学拠点
筑波大およびつくば研究機関における理工学分野の密接な連携により、計測器開発に関する情報共有、計測器開発の融合共同研究、新しい計測器のアイデアの創出、計測器技術の産業社会応用を推進する。

数理物質融合科学センター (CiRfSE)
融合研究企画室

宇宙史国際研究拠点

環境エネルギー材料研究拠点

光量子計測器開発推進室
開発室員： 金（室長）、冨田、江角、原、西堀、近藤
超伝導検出器の開発，ＳＯＩピクセル検出器の開発，MPPC読み出しミュー粒子検出器等＋公募プロジェクト

TIA-ACCELERATE（TIA光・量子計測）における筑波大学の活動拠点。

２０１５/１０/１９ 発足

つくばの他機関との連携

TIA光・量子計測(TIA-ACCELERATE)
KEK,NIMS,筑波大,産総研,東大KEK 測定器開発室
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産総研 ＣＲＡＶＩＴＹ施設

第1回光量子計測器ワークショップ
日時： ２０１６年３月２日１３時会場： 筑波大学総合研究棟B０１１０室
主催： 光量子計測器開発推進室
共催： TIA光・量子計測
プログラム：
13:00 - 13:05

開会の挨拶

金 信弘

13:05 - 13:35

超伝導検出器とSOI極低温アンプ

武内 勇司

13:35 - 14:05

超伝導検出器の生体分子研究利用

冨田 成夫

14:05 - 14:35

分光分析による表面物理化学近藤 剛弘

14:35 - 15:05

ＳＯＩピクセル検出器とその応用

新井康夫

15:05 - 15:35

放射光X線回折

西堀 英治

16:00 - 16:30

放射光単色X線、cERL等でのX線イメージングの開発とその応用

兵藤 一行

16:30 - 17:00

BNCT治療と計測器

安岡 聖

17:00 - 17:30

脳神経外科診療と計測・イメージング

鶴田 和太郎

17:30 - 17:50

シリコン電磁カロリメータ等

江角 晋一

17:50 - 18:10

宇宙線を用いた大型構造イメージング

高崎 史彦

光量子計測器に関する情報の共有、融合共同研究、新型計測技術の創出、産業・社会への応用を推進するために、理工連携・つくば連携のもとに光量子計測器開発研究の情報交換と議論を行った。
KEK、産総研、東大からの参加者を含めて22名の研究者が参加。医学医療系の講演者２名による講演を含む。
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第1回SOI-STJ研究会
日時場所： ２０１６年９月２日１５時
筑波大学自然学系棟B118
参加者： 16名（JAXA/ISAS, 関西学院大学, KEK, 福井大学, 近畿大学, 産総研の研究者１０名を含む）
SOI-STJ検出器は極低温SOI増幅器と超伝導トンネル接合素子（STJ）赤外線検出器を一体化した新型検出器で、その開発は数理物質融合科学センター光量子計測器開発推進室の推進プロジェクトの一つ。この検出器開発は数理物質融合科学センター宇宙史国際研究拠点で強力に推進している宇宙背景ニュートリノ崩壊探索実験（COBAND実験）に用いるために行っていますが、それ以外にも遠赤外線１光子検出器として夛くの分野での応用が期待される。
SOI-STJ検出器の開発研究およびCOBAND実験準備についての報告・議論を行い、情報共有と研究進展を推進した。
プログラム

15:00 - 15:40

SOI-STJ4極低温アンプ
性能評価

八木俊輔 (筑波大)

15:40 - 16:00

STJ光応答試験

若狭玲那 (筑波大)16:00 - 16:15

遠赤外線光源開発

浅野千紗 (福井大)

16:15 - 16:45

SOI-STJ作成開発

藤井剛 (産総研)

16:45 - 17:00

SOI-STJ5極低温アンプ
設計

武内勇司 (筑波大)17:00 - 17:20

最近のISASロケット事情 松浦周二 (関西学院大)17:20 - 18:00

議論
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金 信弘
第2回TIA光・量子計測シンポジウム(Nov.10, 2016)

超伝導トンネル接合素子STJを用いた光・量子計測

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金 信弘
第2回TIA光・量子計測シンポジウム(Nov.10, 2016)

武内勇司
TIAかけはし研究会(Jan.4, 2017)

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武内勇司
TIAかけはし研究会(Jan.4, 2017)

350mKで、STJ光応答信号の極低温アンプによる増幅（約40倍）に成功

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冨田成夫
光量子計測器ワークショップMar.2, 2016

超伝導検出器の生体分子研究利用
筑波大, KEK, 産総研、京都大の共同研究

超伝導トンネル接合素子STJ検出器を用いて、電気的に中性の生体分子の運動エネルギーと飛行時間を測定 （ 運動エネルギー E ＜ 3keV, ΔE = 200eV )生体分子の質量を測定

糖ペプチドの構造解析、結合位置の決定

今後の課題： 分解能の向上、有感面積の改良
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新井康夫
光量子計測器ワークショップMar.2, 2016

SOIピクセル検出器とその応用

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新井康夫
光量子計測器ワークショップMar.2, 2016

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原 和彦
第2回TIA光・量子計測シンポジウム(Nov.10, 2016)

宇宙線を用いた大規模構造のイメージング
大規模構造の遠隔透視 － 火山、ピラミッド、原子炉

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原 和彦
第2回TIA光・量子計測シンポジウム(Nov.10, 2016)

宇宙線を用いた福島第1原子力発電所2号機の観測

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BNCT治療と計測器

安岡聖
光量子計測器ワークショップMar.2, 201621

BNCT治療と計測器

安岡聖
光量子計測器ワークショップMar.2, 201622

脳神経外科診療と計測・イメージング

鶴田和太郎
光量子計測器ワークショップMar.2, 201623

脳神経外科診療と計測・イメージング

鶴田和太郎
光量子計測器ワークショップMar.2, 201624

放射光X線回折

西堀英治
光量子計測器ワークショップMar.2, 2016

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西堀英治
光量子計測器ワークショップMar.2, 201626

分光分析による表面物理化学

近藤剛弘
光量子計測器ワークショップMar.2, 201627

シリコン電磁カロリメータ等

江角 晋一
光量子計測器ワークショップMar.2, 201628

光量子計測器開発推進室の活動計画
先端基礎科学と最新産業応用のための光量子計測器開発の推進● 光量子計測器ワークショップ● TIA光・量子計測（TIA=ACCELERATE)と連携して、TIAかけはしプログラムの推進
TIA光・量子計測シンポジウム

2017年4月よりの推進室体制
光量子計測器開発推進室
開発室員： 原（室長） 、金、冨田、江角、西堀、近藤、武内
超伝導検出器の開発，ＳＯＩピクセル検出器の開発，MPPC読み出しミュー粒子検出器等

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