ラザロ効果

ラザルス効果とは半導体検出器に関する現象で、過酷な放射線環境下でこれらの検出器を使用すると、高エネルギーの通過粒子との相互作用によって原子が変位し、半導体結晶格子に欠陥が生じ始めます。格子空孔や格子間位置の原子といったこれらの欠陥は、電離粒子が検出器を通過する際に生成される電子と正孔を一時的に捕捉する効果があります。粒子の通過を知らせる信号は、電場中を漂うこれらの電子と正孔によって生成されるため、大量の欠陥が生じると、検出器の信号が著しく低下し、検出器が使用不能（故障）となる可能性があります。

しかし、1997年にベルン大学（スイス）のヴィットリオ・ジュリオ・パルミエリ、クルト・ボーラー、ステファン・ヤノス、チンツィア・ダ・ヴィア、ルカ・カサグランデは、130ケルビン（約-143 ℃ ）以下の温度では、死んだ検出器が明らかに復活することを発見した。^{[ 1 ]}ラザルス効果として知られるこの現象の説明は、半導体バルクに誘起された欠陥のダイナミクスに関連している。

室温では、放射線損傷によって生じた欠陥が電離によって生じた電子と正孔を一時的に捕捉し、その後、接続された電子機器の読み出し時間よりも通常長い時間で伝導帯または価電子帯に放出されます。その結果、測定される信号は本来あるべき値よりも小さくなります。これにより信号対雑音比が低くなり、通過する粒子の検出が妨げられる可能性があります。しかし、極低温では、電離または検出器の漏洩電流によって生じた電子または正孔が局所的な欠陥に捕捉されると、格子の熱エネルギーが非常に低いため、長時間捕捉されたままになります。これにより、「トラップ」の大部分が満たされ、不活性になります。検出器を通過する粒子によって生成された電子と正孔の捕捉が防止され、信号の損失はほとんど、またはまったくなくなります。このような挙動は、多くの科学論文で観察されています。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

ラザルス効果のおかげで、シリコン検出器は90 GRadを超える放射線量に耐えられることが証明されており^{[ 5 ] [ 6 ]}、将来の高輝度実験に提案されている^{[ 7 ]} 。この現象に関わる物理の詳細を完全に理解するために、CERNで科学協力RD39 ^{[ 8 ]}が設立された^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。}

最近、ラザルス効果が、極低温で動作する高エネルギーシリコンアルファおよびベータボルタデバイスの耐放射線性を向上させるメカニズムとして提案されました。 ^{[ 12 ]}これにより、現在ダイヤモンド核電池で使用されているニッケル63よりもはるかに安価なストロンチウム90放射性同位体に基づくデバイスが実現する可能性があります。^{[ 13 ]}このようなデバイスは、深宇宙探査に役立つ可能性があります。

• 死から蘇った：ニュー・サイエンティスト誌1998年10月17日号（オンライン版）
• 死んだ検出器を蘇らせる CERN Courier 1999年3月29日号（Wayback Machineに2010年1月4日にオンラインアーカイブ済み）
• 耐放射線シリコン検出器が先導する 出典：CERN Courier 2003年1月1日号（Wayback Machineに2010年11月20日にオンラインアーカイブ済み）