| Project/Area Number |
23K20235
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| Project/Area Number (Other) |
20H01922 (2020-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023) |
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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 |
幅 淳二 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, 特別教授 (60180923)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
住澤 一高 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 (40379293)
中村 克朗 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, 准教授 (60714425)
三好 敏喜 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 (20470015)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | ピクセル / 運動量測定 / スペクトロメータ / ネオジム磁石 / JMAG / Geant4 / ピクセルセンサー / コンパクト / ピクセル検出器 / マイクロスペクトロメータ / 運動量 / KEK-ARテストビーム / 素粒子実験 / 原子核実験 / 双極磁石 / ネオジム永久磁石 / 高温超伝導 / トラッキング |
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| Outline of Research at the Start |
従来大型の電磁石と軌跡検出器を組み合わせるのが運動量測定の定番であったが、現代においては超高精度の軌跡測定がピクセル半導体検出器により可能となり、またネオジムなどのレアアースメタルの合金によるな強力な永久磁石を利用した双極電磁石によってコンパクトな空間ではあるものの0.3T程度の測定磁場が提供される。これらを組み合わせることで、これまで想像できなかったハンディな高精度運動量測定システムが実現可能となる。
本研究ではそうしたシステムを実際に組み上げて、その性能をシミュレーションとビームテストなどによる実測に基づいて評価していき、実用性の高い形を追求した。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度行われたビームテスト結果についてのシミュレーションによる分析を行った。シミュレーションはGeant4に基づきネオジム永久磁石による双極磁場も有限要素法による電磁場計算コード・JMAGによって2mmメッシュで3次元にマップしたものを使用した。シミュレーションの結果からは、４GeV/cにおける偏向量420ミクロンでその拡がり53ミクロンが示された。これは運動量精度としては13％に相当する。これに比較されるべき昨年度実測の結果は拡がり64ミクロンであり、20％ほど大きな値となっている。また分布の形状も偏向の大きな側への長いテールを引く非対称なものとなっており、シミュレーションとは一致しなかった。これは入射ビームの運動量がかなり広い分布を持っていること、特にそれが低運動量方向に大きなテールを持っているとすると定性的に実測データが説明される。こうした状況はビームの上流で無視できない物質量が挿入され、そこで大きなエネルギー損失が引き起こされることで発現しうる。
シミュレーションコードにおいてビーム入射上流部分に考慮していなかったトリガー用プラスティックシンチレータを相当量（6㎝）設置して、再度解析を行った。その結果実測で観察された偏向分布の形状はおおむね再現することが確認できた。分布の広がりについては20％の悪化は依然として残っており、完全な理解には至っていない。シミュレーションで仮定された磁場分布の歪み、アラインメントエラーを含むピクセル検出器の測定精度などが影響しているものと考えられる。
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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
複雑な形状をもつ永久磁石による双極の磁場分布のマップを作り、マイクロスペクトロメータのシミュレーターを構築した。テストビームを使った実験により、システムの性能を実測するとともに、それに対するシミュレータの信頼性が確認できた。
これにより、こうしたマイクロメータを使った各種応用においてその性能評価をする基盤が出来上がった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここで開発されたマイクロスペクトロメータシステムのシミュレーションの枠組みと実機製造・テスト実験で蓄積されたノウハウをもとにして、こうした小型にもかかわらず10GeV/cを超える高運動量でも有効な精度を有するスペクトロメータの活用について、検討を加えていく。
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