| Project/Area Number |
22K03667
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
塩見 公志 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, 研究機関講師 (40648036)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 電磁カロリメタ / シャシュリック型 / 素粒子実験 / 測定器 / 粒子識別 |
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| Outline of Research at the Start |
我々は、中性K中間子の稀崩壊であるKL→π0νν崩壊の測定をKOTO step2実験で行い、物質優勢宇宙の謎の解明を目指す。
本研究では、ガンマ線と中性子が分離可能な電磁カロリメーターをstep2実験のために開発する。低コストで製作するために、鉛とプラスチックシンチレーターのサンプリングカロリメーターで実現することを目指す。断面積が25cm×25cm、厚みが15～20放射長の小型試作機を作成し、要求性能を満たすことをビームテストで実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は昨年度に引き続き、波長変換ファイバーのクラレY6の性能評価を行った。大型の暗箱の中にファイバーをトラック状に引並べ、LED光源の位置を変えながらファイバーの端面に設置したPMTの光量の変化を見ることで、ファイバーの減衰長の測定を行った。その結果、Y6の減衰長は5.8mと、Y11の3.3mに比べ長い減衰長を持つことがわかった。
また、シャシュリック型のサンプリング電磁カロリメーターの開発のために、50mm×50mm×1mmの大きさの鉛板と50mm×50mm×5mmの大きさのプラスチックシンチレーターの板を3層づつ交互に重ねた小型のモジュールを製作して、宇宙線による光量テストを行った。鉛とプラスチックシンチレーターの板には1cm間隔にφ1.2mmの穴が計16個開けており、その１つ1つにφ1mmの波長変換ファイバーを串刺し状に通した。16個のファイバーを束ねて穴の開いたアクリルのクッキーに通してオプティカルセメントで接着し、端面を研磨した上でオプティカルグリスを通してPMTに接続した。シンチレーターと鉛の間とモジュール全体の側面には反射材のマイラーシートを挿入した。波長変換ファイバーとしてはクラレ社のY6とY11を使用した。宇宙線ミューオンのエネルギー損失分布から光量を見積もったところ、Y6、Y11それぞれに対し、26光子/MeV、 25光子/MeVを得られることがわかった。また、シャシュリック型モジュールの上下に設置したトリガー用のプラスチックシンチレーターとの時間差から時間分解能を見積もったところ、Y6で490ps、Y11で880psであることがわかった。Y6の早い応答のおかけで、Y11と比べ時間分解能が1.8倍良くなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年度はY6の減衰長測定を行うとともに、鉛とシンチレーターを3層重ねた小型のシャシュリック型検出器の宇宙線テストを行った。これにより、シャシュリックカウンターの製作方法の基礎を固めるとともに、Y6とシャシュリック型検出器の基本性能を評価することが出来た。その結果、Y6を使用したシャシュリック型検出器がKOTO II実験の電磁カロリメーターとして、エネルギー分解能と時間分解能の観点からは有望な候補となり得ることがわかった。このようにシャシュリック型検出器の基礎を固めたという意味では大きな進展を得ることが出来た。ただ、当初の予定では放射長が10X0程度のシャシュリック型検出器を作成して電子ビーム照射試験を行う予定であったので、全体の達成度としてはやや遅れていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
シンチレーターと鉛の厚みを変えて、放射長が1X0程度のモジュールを作製し、宇宙線テストを行う。そして、シンチレーターの厚みの違いにより得られる光量がどう変化するかを測定する。Y6とY11の光量は宇宙線のテストではほぼ同量の光量が得られたのに対し、昨年度行った電子ビーム照射試験ではY6の方の光量が低いという結果を得ている。そのため、宇宙線での再測定や別の試作機での測定を行い、Y6でY11と同等の光量が得られるかの追試験を行う。
5X0程度の放射長を持つシャシュリック型の試作機を製作し、より大型のモジュールを作る時に何が問題になるかの洗い出しを行う。また、シャシュリック型検出器の長手方向の上下にトリガーカウンターを置いて宇宙線データを取得することでエネルギー校正が可能かの試験を行う。
また、製作した5X0程度の放射長を持つシャシュリック型試験機を電子ビームに照射し、性能評価を行う。
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