2014 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 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 / 液体アルゴン / ３次元飛跡イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は液体アルゴン純化装置と低ノイズ読出し装置の開発を行った。まず液体アルゴン純度をモニターする方法を検討し開発を進めた。純度をモニターする方法として(1)宇宙線などの最小電離損失粒子が通過したときに生成される電離電子数の減衰を測定する、(2)同時に生成されるシンチレーション光(紫外光)の時間分布を測定する方法がある。両方のアプローチで純度モニターできるよう、小型液体アルゴンTPC開発と紫外光読出用光電子増倍管の基礎開発を進めた。後者について波長変換TPB(テトラフェニルブタジエン)を真空蒸着する方法をCERN研究者と共同で研究を進めている。次に低ノイズ読出し装置については、これまでに開発した小型読出しエレクトロニクスを読出し面にできるだけ近づけるために測定器改良を進めた。特に液体アルゴンTPC測定器の低温容器から信号線を取り出す部分について産業分野などで一般的に使用されるDサブ型コネクタを用いた信号導入器の開発を進めた。また、開発要素技術の性能確認現状について日本物理学会にて発表した。
米国フェルミ研究所で行われているLArIAT実験では、荷電粒子(π/p/μ/K/e)ビームを用いた荷電粒子応答確認が行われている。この実験は45x47x90cmのTPCを用いる。我々は、今年度特にビーム中のμ粒子とπ粒子を識別するためのエアロジェルカウンターを作製し(学会発表参照)、2015年3月にはフェルミ研でコミッショニングを行った。これは、特に液体アルゴン中での、μ＋/μ-の識別が磁場なしでも行えるかという確認で重要となる。また、π粒子の液体アルゴン中での相互作用の理解も将来の大型実験で重要な要素であり、π・μ識別は本実験の一つの大きな鍵となる。また、荷電粒子ビームの理解・改良のため渡米し、検出器、トリガー、モニターシステムの構築・改良に貢献した。また、解析のため大量のシミュレーションファイルを作成しており、その部分も貢献している。
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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
開発については、低温で稼働するエレクトロニクスの開発が順調に進んでおり、純度をモニターするシステムについても、おおむね当初の計画とおりに進んでいると言って良い。
また、液体アルゴン飛跡検出器の荷電粒子応答を探るための実験にも参加しており、データをまさに取得し始めようとしている段階である。その応答を将来の実験やハードウエア―の開発にフィードバックすることができると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は引き続き大型化にむけた基礎技術（純化装置と読み出し装置）の開発を進める。
まずアルゴンの純度で問題となる酸素や水を除去する液体純化装置と純度モニターの開発を進める。これまでの研究を発展させて、紫外光を測定できる波長変換剤を蒸着した光電子増倍管の開発や紫外光に感度のある光検出器の開発を進める。低温環境下で動作可能な読み出しエレクトロニクスについては、大型化したときにも低ノイズで信号を読み出しできるASICの開発を進める。これまでの開発から測定器を大型化したときのチャンネルあたりの静電容量は約300pF程度を見積もっている。この静電容量でも最小電離損失信号に対する信号-ノイズ比が10以上で読み出しできるように、ASICのパラメーターの最適化を行い開発を進めていく。
また、荷電粒子の応答測定に関しては、（ビームのみならず）液体アルゴン飛跡検出器を含めたデータ取得が2015年度の早いうちから始まる。我々は、2014年度にインストールしたエアロジェルチェレンコフカウンターを使用することによって、ビーム中のπ・μ粒子の識別を主導し、また、関連した解析・論文執筆についてイニシアティブを取っていく予定である。これは、μ－の識別やπの液体アルゴン中の相互作用を理解し、物理的な観点からの検出器性能を最大限引き出すために重要であり、将来の大型検出器デザイン等への大きなフィードバックとなる。更に、μ・πのみならず、核子崩壊物理の解析の際、液体アルゴン飛跡検出器で最も重要となる荷電Ｋ粒子のエネルギー損失や崩壊についてのデータを用いた解析や理解についても貢献できると考えている。
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