2017 Fiscal Year Annual Research Report
Sophistication of the ATLAS muon detector system toward HL-LHC
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15H02092
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
越智 敦彦 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40335419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片岡 洋介 東京大学, 学内共同利用施設等, その他 (20508379)
増渕 達也 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (20512148)
齋藤 智之 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任助教 (50749629)
川本 辰男 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 准教授 (80153021)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 素粒子実験 / LHC実験 / ATLAS実験 / 粒子測定技術 / MPGD / マイクロメガス / トリガ検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、世界最高エネルギーの陽子・陽子衝突加速器であるLHC実験の今後のルミノシティアップグレードへ向けて、ミューオン飛跡検出とトリガ能力を格段に向上させるために導入される新たな検出器「マイクロメガス」を開発・生産・完成させ、物理成果への展開を目指すものである。平成29年度は、主に以下の研究を実施した。
(1)高抵抗薄膜の量産、及び品質検査の研究： マイクロメガス検出器の心臓部品である高抵抗ストリップフォイルの量産を行い。当初生産予定としていた約2000枚のフォイルについて完成させ、10月までには全てのフォイルの検査を完遂した。一方で、検査の結果、基準を若干外れるものも存在するため、フォイルの再生産・検査と、基準を再定義するための研究も開始した。
(2)大強度放射線使用時の検出器特性変化に対する研究： 昨年度のγ線照射試験の結果、性能劣化の原因がシリコン系残差物と考えられたため、検出器内部に暴露するシリコン含有物を取り除き、かつ量産品と同等の素材を用いた小型(10cm角)のテスト検出器を作製し、ATLAS 40年分以上に相当するγ線を照射する試験を行った。この結果、ガス増幅率の減少など性能劣化は見られなくなったことから、実際のATLASへの検出器組込にあたって、接着剤や部品について留意すべき重要な結果を与えることになった。
(3)マイクロメガスの信号を初段トリガとして使うためのNSWトリガプロセッサに搭載するアルゴリズムの開発を進めた。トリガシステムに実装可能なアリゴリズムを完成させ、詳細な性能評価を行い、要求性能を満たすことを示した。またNSWトリガプロセッサボードと後段の初段ミューオントリガ判定ボードとの接続試験を行い、本番と同じ6.4Gbpsのデータ転送速度でエラー頻度を測定した。その結果、エラー頻度は十分低いことを確認し、質の高いデータ転送が可能であることを示した。
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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
本年度は、大強度放射線による試験においては、昨年度までの結果を考慮したうえで、劣化原因を突き止め、実際にその原因を取り除いたテストで、HL-LHC 40年分以上の運転でも劣化がほぼ観測されなくなるなど、一定の成果を挙げることができている。また、本年度は、昨年度までの研究成果をもとにATLAS実験NSW制作に向けた大型(50cm×230cm)マイクロメガス用抵抗フォイルの実機に向けた量産を行い、生産上の歩留まりは95%を達成した。また検査について、予定されていた2000枚すべてについて完了させた。
一方で、検査の結果、合格基準を満たさないものが一定数存在し、さらには我々で用意した抵抗フォイルを用いてた後段の検出器組み立て段階（欧州内のグループが担当）での失敗などにより、抵抗フォイルが不足することがわかっており、この分の一部は今年度作成したものの、多くの部分（約350枚）は来年度に持ち越されることとなった。
また、当初の予定では本年度より検出器全体の組み立てが開始される予定であり、CERNをベースとして、これまでに経験のない大型MPGDのアセンブリング、コミッショニングを開始する予定であったが、CERN及び欧州側で検出器組立を担当するセクションが遅れているために、今年度はそこまで到達していない。
以上の通り、研究の進捗についてはATLAS upgrade の共同研究として当初予定より若干の遅れがあるものの、本研究課題による日本グループの研究項目としては概ね順調であるものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、再生産分の量産フォイルのチェックとそのデータベース作成を進める必要がある。また、我々がこれまで担当していない、フォイルのマイクロメガス検出器への組み込みについても、これ以上の不良品を出さないために組立プロセスの改良などにも積極的に関わっていく必要がある。
一方で平成30年度より、CERNにおいて検出器システムとして組み立てる作業が開始される予定なので、その高度化のための研究や動作試験なども行っていく必要がある。MPGDでこれだけの大きさの検出器（個々のセクターに分割しても、5m×2m程度のサイズ）を構築することは、これまでに例のないことであり、このためには主にCERN現地での作業を中心とした研究開発を行っていかなければならない。
さらに今後の検出器の動作を物理成果へ結び付けるために、NSWトリガプロセッサボードと後段の初段ミューオントリガ判定ボードとの統合試験を進める。正しいデータフォーマットでクロックに同期してエラーのない信号転送を確立する。データ転送にかかるレイテンシの測定を行い理解する。またこの測定を繰り返し行い、安定した値が得られる頑強なシステムに作り上げる。
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[Presentation] Japan MPGD community2017
Author(s)
Atsuhiko Ochi
Organizer
5th International Conference on Micro Pattern Gaseous Detectors (MPGD2017) (Philadelphia, USA)
Int'l Joint Research / Invited
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