2013 Fiscal Year Annual Research Report
液体アルゴン３次元飛跡イメージング検出器の開発研究
| Project Area | Unification and Development of the Neutrino Science Frontier |
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| Project/Area Number |
25105008
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
丸山 和純 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 (80375401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂下 健 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, 助教 (50435616)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ニュートリノ |
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| Research Abstract |
平成２５年度は、低ノイズ読み出しエレクトロニクスの開発を行った。まず低ノイズプリアンプASICの評価を進めた。想定される液体アルゴンTPC検出器の検出器容量として100pFを設定して、プリアンプゲインや信号雑音量の検出器容量依存性を調べた。その結果、ゲインの線形性が保たれている事、雑音量が十分に小さい事を確認した。次にこのASICを用いた液体アルゴンTPC検出器の信号読み出しボードを設計、製作してこのボードの評価を進めた。今後は、宇宙線などによる実際の液体アルゴンTPC検出器の信号を測定して、低ノイズ読み出しエレクトロニクスの最適化を進める。
液体アルゴン３次元飛跡イメージング検出器の荷電粒子応答を、米国フェルミ国立研究所の実際の荷電粒子ビームを使って調査するLArIAT実験にも参加している。この荷電粒子ビームはいろいろな運動量の様々な粒子を含んでいるため、荷電粒子応答を探るのに適している。日本グループは現在までの経験を活かして、物理解析やシミュレーションに対する貢献を行っている。また、平成２６年度に実際行われる予定のビームテストでのコミッショニングにも参加し、積極的に貢献する予定である。コミッショニングの際、どのような粒子識別やトリガーを用いるべきか積極的に提案を行っている。更に、平成２６年度に行われる予定のLArIAT phase1（0.5トン有効体積）とは別に、将来行われる数１０トン有効体積の液対アルゴン３次元飛跡イメージング検出器のLArIAT phase2という実験で使用される容器について検討を行った。
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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
平成２５年度は液体アルゴン３次元飛跡イメージング検出器に関する開発部分、荷電粒子応答測定部分について、上記のとおりおおむね順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、基礎開発要素である高純度、高電圧、低ノイズ読み出しの各項目の開発を続けて、小型検出器による技術要素の実証を行う。まず平成２６年度は、以下の研究を進める。（１）高純度：液体アルゴンの純化装置の開発に重点を置く。アルゴンの純度で問題となる酸素や水の除去について、いくつかの触媒の性能確認を進める。（２）高圧：Cockroft Waltonを用いた高電圧生成方法の理解を進める。（３）低ノイズ読み出し：昨年度の研究を発展させて、低ノイズ読み出しの開発を続ける。前年度に開発した低ノイズプリアンプASICを持ちいた評価ボードとアルゴン純化装置、高電圧装置を組み込んだ小型検出器を用いて、宇宙線の信号によるノイズやゲインの評価を進める。これまでの開発では検出器容量の大きさが問題となって大きいノイズが生じているので、検出器に直接読み出しボードを取り付けるなど工夫して読み出しシステムの最適化を進める。
米国フェルミ国立研究所での荷電粒子応答測定は平成２６年度にその測定を開始する予定である。日本グループは日本でのビームテストの経験を活かして、その立ち上げ時のコミッショニングに参加し、トリガー、粒子識別、検出器応答の不均一性等の理解、等に貢献する。LArIAT実験では今まであまり良く考えられて来なかったＫ中間子に関する粒子応答測定に関しては特に日本グループから貢献できる部分と考えられる。荷電粒子ビームを用いたテストはその粒子識別をビームライン上の情報でどこまで精度良くできるかどうかがそのテストの質を決定するため、日本グループの貢献部分は重大であるといえる。また、その後に控える物理解析やシミュレーション作成にも可能な限り即時的に対応し、短期に結果をまとめ、発表及び論文にまとめていくことを目標としていく。
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