発表のポイント

• 4 × 4 × 0.5 mm³の小型ダイヤモンド固体電離箱を開発し、診断X線領域（50–120 kV）で低電圧（−1～−100 V）動作を実証
• 線量直線性 R² > 0.997、エネルギー依存性10%以内の安定した応答特性を確認
• −100 V印加時、一般的な空気充填型電離箱と比較して単位体積あたり最大約13,000倍の感度を達成
• 窒素濃度の違いにより光刺激蛍光（OSL）強度が大きく変化することを確認
• プレ照射による可逆的な増感現象を観測し、既存欠陥の電荷占有状態変化が発光応答に影響することを示唆
• 同一材料基盤においてリアルタイム型検出（固体電離箱）と蓄積型検出（OSL）の両側面を評価

概要

東京都立大学大学院 人間健康科学研究科（眞正浄光教授）、東北大学大学院工学研究科（人見啓太朗教授）および、Orbray株式会社（小山浩司博士、金聖祐博士）らの研究グループは、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド（HED）を用いた放射線線量計に関する二つの研究成果を発表しました。

一つは、東京都立大学、Orbray株式会社、東北大学、大阪大学、東北工業大学、QST放射線医学研究所との共同研究により実施された、固体電離箱としての性能評価です。本研究では、4 × 4 × 0.5 mm³の単結晶ダイヤモンド基板にTi/Au電極を形成した固体電離箱（HED-IC：放射線により生成される電荷を直接測定するリアルタイム型線量計）を作製し、診断X線領域（50–120 kV）において−1～−100 Vという低電圧条件下で評価を行いました。その結果、線量直線性 R² > 0.997、エネルギー依存性10%以内という安定した応答特性を示しました。特に、感度体積約4.8 mm³という小型検出器でありながら、−100 V印加時には、一般的な空気充填型電離箱（約6000 mm³）と比較して、単位体積あたり最大約13,000倍の感度を示しました。

もう一つは、東京都立大学、Orbray株式会社、東北大学、金沢工業大学との共同研究による光刺激蛍光（OSL：放射線照射後に光を当てることで蓄積情報を読み出す発光現象）特性評価です。窒素濃度の異なるヘテロエピタキシャルダイヤモンド（3 ppbおよび1 ppm）を用いて評価した結果、窒素濃度1 ppm試料ではOSL強度が約1桁増大し、窒素関連欠陥がトラップおよび再結合中心として重要な役割を果たしていることが示唆されました。また、プレ照射による可逆的増感現象が確認され、既存欠陥の電荷占有状態の変化が発光特性に影響していることが示されました。

本研究は、生体組織に近い原子番号を有するダイヤモンドにおいて、小体積で高感度なリアルタイム型検出（固体電離箱）を実証するとともに、材料中の不純物制御が発光応答に影響を与えることを示したものです。同一材料基盤において異なる放射線検出機構を体系的に評価した点に学術的意義があり、多機能放射線検出材料としての展開可能性を示す成果です。

論文情報