2016 Fiscal Year Annual Research Report
R&D for the LArTPC detector
| 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, 研究機関講師 (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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| Outline of Annual Research Achievements |
2016年度は、これまでに開発した低コスト低ノイズな読出しエレクトロニクスを用いた電荷信号読出しシステム大型化にむけた開発と小型液体アルゴンTPC測定器を用いたTPC内部電場形成の理解を進めた。昨年度までに開発した電荷信号読出しシステムで用いる電荷増幅用ASICとそれを搭載したアナログボード、そしてアナログボードからの信号を波形情報としてデジタル化するデジタルボードそれぞれについて、大型化に向けた開発を進めた。大型液体アルゴンTPCでは、アナログボードを低温環境下に設置することを検討しており、-160度の環境での動作が必要となる。そこで、アナログボードの低温環境下での動作確認を行った。その結果、-160度環境下でも室温と同等な基本性能を得ることが確認できた。デジタルボードはネットワーク経由でデータが読み出せるようになっており、大型化にむけて640ch（電荷読出しの面積で1x3m^2）の多チャンネル読出しの実証試験を進めた。
液体アルゴンTPCの荷電粒子ビームに対する検出器応答を探るLArIAT実験では、物理データ取得ランを2017年5月17日から8月5日に行った。約160万事象のパイ中間子、陽子、K中間子、ミュー粒子、電子等の荷電粒子データを取得した。これは、2016年に取得したデータの約14倍に相当し、世界で唯一のエネルギー・電荷等が良く理解された荷電粒子の検出器応答を見たことになる。日本グループとしては、液体アルゴン検出器内で荷電粒子が通過した際に発生する紫外光に検出感度のある最新の光検出器MPPCを検出器内に設置し、また、荷電粒子ビームライン内に日本グループが設置したエアロジェルカウンターのメンテナンスを行うなど、シフト以外のハードウエア―貢献も行った。解析では、これらのハードウエア―機器の情報も用いてアルゴン・π中間子の相互作用全断面積の結果を出すなどの進捗があった。
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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
当初の目標である、（１）安価なエレクトロニクスの開発、（２）高純度の達成、（３）安価な高電圧システムの開発、（４）荷電粒子応答試験 について、全ての分野で相応の進捗があるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2017年度は、大型液体アルゴンTPC測定器での電荷読出し系の検証や、これまでに開発した低ノイズな増幅回路の性能改善を進める。また、大型化に必要な他の要素技術である純化装置や高電圧生成装置の開発も進め、将来のキロトン級大型検出器にむけた技術の確立を進める。これらの課題は、国際共同実験として進めているCERN WA105実験での100トンクラスの検出器で行う。この検出器では、電荷増幅用のASICが搭載されたアナログボードを検出器の読出し面近くに設置するために、検出器本体が入っている低温容器と外部の間にアナログボードを設置する小部屋を用意する。この小部屋は、低温容器が運転中でも外部からアクセスが可能であり、ボードの交換が可能なスキームとなっている。これまでに開発したボードをこのスキームで運用させて、実際の大型検出器での運用にむけた検証を進める。また、大型化に必要なその他の要素技術についても、WA105実験や所属機関である高エネルギー加速器研究機構に設置した小型検出器を用いて、検証を進める。これらの課題を進めて将来の大型検出器で必要な要素技術の確立について本研究期間全体の成果をまとめる。
荷電粒子ビーム検出器応答試験LArIATでは、2017年度にエアロジェル等の機器がきちんと稼働していることを担保した通常のランを行った後、TPCワイヤのピッチを現行の4㎜から、5㎜へ変えた物理ランを行う予定である。その後、5㎜ピッチを3㎜に変更する。このピッチ変更は、読み出しのエレクトロニクスのチャンネル数を大きく変更するため、見える物理と将来大型検出器にかける予算との相関を見るために、非常に重要な物理ランとなる。また、2015年から2016年にかけて取得したデータ解析も引き続き行う。特にK中間子の応答やミュー粒子電荷の検出器応答の違いなど、重要な物理も満載であり、日本グループが解析を主導する。
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