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Development of KAGRA Cryogenic Mirror Suspension System for Gravitational Wave Astronomy

Research Project

Project/Area Number 15F15323
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

都丸 隆行  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 准教授 (80391712)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) KUMAR RAHUL  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2015-11-09 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2015: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Keywords重力波 / 極低温 / サファイア / 接合 / 宇宙物理 / 宇宙線
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、大型低温重力波望遠鏡KAGRAで用いる極低温サファイア鏡懸架システムを完成させ、KAGRAの実機に搭載することである。具体的には、サファイア鏡にサファイア製の耳をHydroxide-cathalsis bondingという特殊な方法で接合し、ここに両端サファイアブロック付のサファイアファイバーをガリウムで接着、ファイバー上端はサファイア板バネで懸架する、というような準モノリシックなサファイアサスペンションを実現することである。この準モノリシックな系は重力波望遠鏡でもっとも重要な100Hz帯を制限する熱雑音に取って重要であり、これに影響する低機械的散逸と温度(冷却)を防振と共に両立する事が技術的課題となっている。
H29年度は、上述のような準モノリシックなサファイアサスペンションを実現した。まず、実験室に置いて上記の構成からなるサファイアサスペンションを実現し、長時間安定に懸架出来る事を確認した。その上でテスト用クライオスタットにインストールし、10K以下の極低温まで冷却を実施、極低温でも問題無く懸架が実現出来る事を証明した。その後、このサファイアサスペンションセットアップ各部に温度計とヒーターを追加し、冷却特性および熱負荷試験を実施した。この結果では、KAGRAで予想される熱負荷1Wに対して、鏡温度30Kが確認された。この値は鏡温度設計値20Kよりもやや高い値であり、今後熱抵抗のさらなる低減を行う必要があるという課題も明らかとなったが、レーザーパワーの大きくない初期段階においては充分と判断された。
この結果に基づき、KAGRA実機にサファイアサスペンションを組み込み、統合した低温サスペンションシステムとして完成させた。現在1台については極低温での制御まで実現出来ており、大きな進展が得られた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results)

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      都丸隆行
    • Journal Title

      日本機械学会誌

      Volume: 120

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    • Author(s)
      B. P. Abott, R. Kumar et al.
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 116 Pages: 061102-061102

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    • Author(s)
      R. Kumar, T. Kajita, T Tomaru, et al.
    • Journal Title

      J. Phys.: Conf. Ser. (IOP)

      Volume: 716 Pages: 012017-012017

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      Gravitational Wave Advanced Detector Workshop
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      都丸隆行
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    • Organizer
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      Takayuki Tomaru
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      K. Yamamoto, R. Kumar, T. Tomaru et al.
    • Organizer
      第73回日本物理学会
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    • Author(s)
      Rahul KUMAR, T. Tomaru et al
    • Organizer
      the KAGRA international meeting
    • Place of Presentation
      Dejon (Korea)
    • Year and Date
      2016-06-23
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      Rahul Kumar et al.
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      JPS meeting
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      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-21
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      Rahul Kumar
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      Invited talk at MS University of Baroda
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      Baroda, India
    • Year and Date
      2016-01-04
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      Rahul KUMAR, T. Tomaru et al
    • Organizer
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    • Place of Presentation
      宮崎大学(宮崎県・宮崎市)
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    • Author(s)
      Rahul KUMAR, T. Tomaru et al
    • Organizer
      15th KAGRA F2F meeting
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都・文京区)
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      Rahul Kumar
    • Organizer
      Invited talk at IUCAA
    • Place of Presentation
      Pune, India
    • Year and Date
      2015-12-22
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  • [Presentation] Large scale cryogenic gravitational wave telescope: KAGRA detector2015

    • Author(s)
      Rahul Kumar on the behalf of KAGRA
    • Organizer
      ICGC conference
    • Place of Presentation
      Chandigargh, India
    • Year and Date
      2015-12-14
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  • [Presentation] Cryogenic payload system for KAGRA detector2015

    • Author(s)
      Rahul Kumar
    • Organizer
      ELiTES 4th general meeting
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-12-02
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      2015 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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