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New development of neutrino physics based on a combined technique of superconducting detectors and precise structure formation

Publicly Offered Research

Project AreaExploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
Project/Area Number 21H00077
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

石野 宏和  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (90323782)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywords超伝導検出器 / ニュートリノ / レーザー微細加工 / 微細構造加工
Outline of Research at the Start

超伝導検出器技術と微細構造加工技術を組わせて、ニュートリノ研究の新展開を狙う。超伝導検出器として、アレイ化が容易な力学的インダクタンス検出器を用いる。独自のデザインによるフォノン信号検出器の実績と、レーザー微細加工技術およびマニピュレータ技術により、レニウムやインジウムといった金属標的を加工し超伝導検出器に接続する。本研究は、これらの技術を発展させ、検出器の詳細な性能を評価し、将来の本格観測への道筋を立てる。

Outline of Annual Research Achievements

超伝導検出器の開発を中心に行った。申請者が独自にデザインしたKID(Kinetic Inductance Detector)の改良を行った。非熱的フォノンに感度を有する検出器部分(以降パット呼ぶ)を1mm角まで拡大し、インジウム標的をとりつける面積を最大化した。その設計をシミュレーションで確認し、共振ピークが確認できた。産総研のQfubが再稼働を始め、今年度に超伝導検出器の作製を再開させることができた。そこで、新しいKIDのデザインを作成し、実機を制作した。また、インジウム標的をささえるサファイアマスクを、レーザー加工機で製造した。検出器の評価を行う予定であったが、これまで使用していた0.3KHe-3ソープション冷凍機が、施設引っ越しのためしばらく利用できなくなった。その代わり、フランスのパリ・サクレ―大学およびQUPで希釈冷凍機を利用させて頂くことになった。100mKまで冷却でき、共振ピークを確認できた。
次に、トリウムを含むランタンマントルを冷凍機に入れて、微弱な放射線を照射し、信号の確認を進めた。PCから直接操作可能なオシロスコープを購入し、ヘテロダイン形式のマイクロ波回路を組むことにより、放射線信号の検出に成功した。超伝導検出器として、NbとAlの両方を作製し、Nbでできた検出器は予想通りの反応を示し、時定数もNbの超伝導の性能から決まる性質と一致した。一方、Alで作製した検出器は、信号を見ることができなかった。おそらく、エッチングするときに使用した薬品が、Al薄膜に細かい傷をつけたのではないかと考えており、エッチングの手法を改良している。
本研究のアイデアと進捗状況を報告するために、2023年6月に韓国で行われた、超伝導検出器に関する国際会議でポスター発表を行った。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2021

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] Development of electron neutrino detector system using superconducting detector and microfabrication support materials2023

    • Author(s)
      大前龍二、石野宏和、山森弘毅、Stever Samantha Lynn、高久諒太
    • Organizer
      Low Temperature Detector (LTD20)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電子ニュートリノ検出を目指したインジウム標的超伝導検出器MKIDの試作機応答評価2023

    • Author(s)
      大前龍二、石野宏和、山森弘毅、Stever Samantha Lynn、高久諒太
    • Organizer
      日本物理学科第78回秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導技術と微細構造形成技術の合体による新しいニュートリノ物理学の展開2021

    • Author(s)
      石野宏和
    • Organizer
      新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」公募研究セミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 超伝導検出器と微細構造形成技術を用いたインジウム標的電子ニュートリノ検出器の開発2021

    • Author(s)
      風早和也, 石野宏和, Samantha Stever, 中尾友哉, 山森弘毅, 高久諒太, 松村知岳
    • Organizer
      日本物理学科秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of an electron neutrino detector system using superconducting detectors and the surface microstructure forming technique2021

    • Author(s)
      Hirokazu Ishino
    • Organizer
      19th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超伝導技術と微細構造形成技術を組み合わせた電子ニュートリノ検出器の開発2021

    • Author(s)
      風早和也, 石野宏和, 小松国幹, Samantha Stever, 中尾友哉, 山森弘毅, 高久諒太, 松村知岳
    • Organizer
      日本物理学科第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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