| Project/Area Number |
20H01912
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
久世 正弘 東京工業大学, 理学院, 教授 (00225153)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 州 神戸大学, 理学研究科, 助教 (20243298)
石塚 正基 東京理科大学, 理工学部物理学科, 教授 (40533196)
西村 康宏 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (40648119)
石田 卓 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (70290856)
角野 秀一 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (70376698)
HARTZ MARK 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (70721702)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | ニュートリノ振動 / 水チェレンコフ検出器 / ハイパーカミオカンデ / J-PARC / IWCD / ニュートリノ |
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| Outline of Research at the Start |
2027年に稼働開始予定の次世代ニュートリノ観測装置ハイパーカミオカンデへ向けて、東海村J-PARCからの強度化したニュートリノビームを打ち込むT2HK実験では、前人未到の精度でニュートリノ振動現象を測定し、宇宙の物質反物質の非対称性に迫る「レプトンにおけるCP対称性の破れ」を世界で初めて発見しようとしています。この精密測定を達成するため、ニュートリノ発生点から1~2kmの地点に小型の検出器を建設し、立坑の中で上下に昇降させながらビームによる反応を高統計で測定する中間距離水チェレンコフ検出器「IWCD」計画が提案されています。本研究はIWCDの建設へ向けた開発・設計を行います。
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| Outline of Annual Research Achievements |
・今年度は、東大カブリIPMU、東京理科大学、慶應大学に製作した試験用セットアップにより、マルチPMTに使用する候補の8cm径PMTの性能評価試験を行った。性能評価試験では、PMTにレーザー光源からの光を照射し、時間分解能や検出効率の測定を行なった。また、低エネルギー事象の測定に重要な暗電流の測定や、実験の環境を想定した磁場中での性能評価など、幅広い測定を行なった。測定においては、アフターパルスと呼ばれる、実際の信号の後に発生するノイズが確認されたが、製造元との協議により構造を見直し、改善に成功した。また、東京工業大学や東京理科大学で用意した解析サーバにより、測定結果に基づくシミュレーションを作成し、水チェレンコフ検出器によるニュートリノの測定に対する影響を評価し、要求性能を満たすことを確認した。
これらの測定結果をもとに、共同研究者で議論し、マルチPMTに使用するPMTを決定した。マルチPMTの開発は国際共同研究で進めているが、その基幹要素であるPMTの性能評価および選定においては、本科研費による研究成果が重要な役割を果たしている。
・本研究課題では、すでに専門家を交えて中間距離水チェレンコフ検出器の基幹技術である水槽の上下機構を検討し、ケーブルの巻き取り、ポンプによる水の汲み上げ、水槽の位置制御およびモニターの概念設計を完成させている。今年度は、これらの検討結果と、海外の研究機関による他の検出器要素の設計を組み合わせ、検出器全体の設計に着手した。本研究の成果として、従来はワイヤーによる位置制御システムを検討していたが、よりコンパクトなピン留め方式による位置制御システムを採用することにより、他の機器類の配置場所に自由度が増し、より柔軟な設計が可能となっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定していたPMTの性能評価は順調に進み、本研究の成果により実験でマルチPMTに使用するPMTを選定することができた。各大学の大学院生により、測定とシミュレーションの両面から幅広く研究を進めることができている。毎週のミーティングで進捗報告と意見交換を行うことにより着実に研究を進め、日本物理学会や研究会でも大学院生を中心に研究成果を発信している。
CERNで予定しているビームテストや海外との連携で行う回路類の評価試験はコロナの影響で遅れているが、回路の設計も概ね完成し、ビームテストも2024年に実施する計画が準備を進めている。
特に国際共同研究の部分でコロナによる遅れもあるが、全体としておおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
すでに候補のPMTを選定しているが、引き続き性能評価を進め、大量生産の前に問題点がないかを検証する。具体的には、PMT内部の放電による発光がないことを検証する。このような放電による発光は他の実験で確認され、問題となった例があるため、同様の問題が発生している場合は、大量生産の前に対策が必要である。また、個体差や長期安定性なども検討項目として挙げられている。
また、完成したマルチPMTおよび内蔵するエレクトロニクスの性能評価を行う。日本でも試験用にマルチPMTを製造し、レーザー光源を用いて基本的な特性の測定を行う。測定と同じ環境をシミュレーションで再現し、応答を比較することでゲルやケースを含むマルチPMTとしての性能を評価する。
中間距離水チェレンコフ検出器の実験施設については、これまでの専門家による検討結果を元に、研究グループで協議して全体の設計を完成し、仕様書にまとめる。
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