2017 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッド化による大口径高感度の新型光検出器の開発
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15K05110
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
足立 一郎 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 (00249898)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光検出器 / シングルフォトン / チェレンコフ光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度となるため、以下のことを実施した。(1) 系統的に新型光検出器の評価を行い、製造過程を改善する、(2) 改善後に新たなサンプル製造を行い、性能改善を確認する、(3) すべてのサンプルを用いて総合試験を実施することの3点である。
最初に新たに製造した新型光検出器2台の個別に性能評価し、フォトカソードの量子効率、電圧依存性及びシングルフォトンに対する検出効率の一様性を確認した。サンプルが複数になったことにより、より系統的に調べることが可能となった。この測定結果から、シングルフォトンはどのサンプルでも検出可能であることが確認できた。一方、MPPCに電圧を印加した時に流れる漏れ電流値が大きく異なっていることがわかった。これは製造工程のフォトカソード活性化時におけるアルカリがMPPC表面に影響を与えており、活性化時のMPPCの置き方などに大きく関係すると思われる。MPPCに製造検出効率の一様性についても、個体差が大きいことが判明した。これに関しても上記の製造過程において、フォトカソード生成時にアルカリ塗布の拡散に起因すると考えられる。以上のことから、製造時にMPPCの設置位置精度の改良し、アルカリ拡散のシミュレーションによって真空管構造を改善した。改良後、サンプルを2台製造し、個体間の性能変化がより少なく、高い性能を保持していることが確認することができた。同時にフォトカソードの量子効率については、今までと変わらず20%前後の良い値が得られていることも実証できた。これらの結果を受け、総合試験として、宇宙線試験を行った。暗箱の中に新型光検出器を設置し、チェレンコフ輻射体として、20センチ距離をあけてシリカエアロジェルを置いた。上流及び下流にトリガー用のカウンターを設置した。宇宙線によるチェレンコフ光を検出が確認することができ、実際にチェレンコフ光の検出が実験的に示した。
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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
研究実績に示されるように総合試験まで行うことができたことは、計画がほぼ順調に進んでいることを示す。一方で、製造過程の影響で個別の性能に違いが生じることは、ある程度予想していたが、その見込み以上の違いが判明した。このため、新たなサンプルを製造前に、もう一度製造過程を見直し、シミレーションなどを実施し、製造条件を改良した。これは計画よりも時間を費やした点である。しかしながら、この改良により、結果的に、性能の高いサンプルが一様に製造できることになったことは、総合試験を行う前の大きな前進である。
一方、海外からイタリアのナポリ大学のグループが、本研究の新型光検出器に興味を示し、性能について話し合いを持ち、今後の製造計画について共有することの提案があった。さらにサンプルをナポリの研究室でも測定し性能評価を独立に実施したいとの連絡があった。これは当初の計画にはなかったことであり、総合試験の結果をまとめる前に、このグループの測定を待って、両者の結果の比較することで、詳細な性能評価ができるのではと考えるに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の新型光検出器の性能評価について、イタリアナポリグループと協力し、両者の結果を比較検討し、より正確な試験結果を引き出すことが今後の大きな方針である。特にサンプルの量子効率測定及び一様性測定について、我々は光をサンプル表面に入射させ、でてくる信号の電流値を用いて計算している。ナポリグループは光の入射のタイミング情報を使って、そのイベントをトリガーし信号をパルスで計測する方法を取っている。以上のように両者の方法は異なるが、同じ結果を示すべきである。このような点に注目し、結果を比較検討し、検出器の動作についての理解を深める。総合試験の評価にあたって、これらの結果も包括して実施する。また、今後の製造について、可能なフィードバックを得る。
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| Causes of Carryover |
今まで記述したように、イタリア・ナポリグループからの興味が示された。本研究をまとめる上で、ナポリグループには独立した性能測定を行なってもらい、我々の結果を比較することで、より詳細なまとめができると考えたためである。
現在ナポリグループでサンプルの試験が開始されており、結果がまとまり次第、話し合いの場をもち、比較検討する予定である。ナポリグループは今までにも光検出器について検出効率の正確な評価に加え、自身のグループ内で光検出器自体の製造にも取り組んできた経験がある。このような専門家のグループによる全く別の測定を得ることができ、比較できること有意義である。
これをきっかけに、光検出器の開発についても議論を行い、さらに性能の高いサンプルの可能性について議論する。将来的にナポリグループの研究室の施設にて、サンプルの製造ができるかという点についても検討を加え、本研究のまとめとしたいと考える。
以上の点を実施するため、翌年度に予算執行が必要となった。
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Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Test of the HAPD light sensor for the Belle II Aerogel RICH2017
Author(s)
Yusa Y.、Adachi I.、Dolenec R.、Hayata K.、Iori S.、Iwata S.、Kakuno H.、Kataura R.、Kawai H.、Kindo H.、Kobayashi T.、Korpar S.、Krizan P.、Kumita T.、Mrvar M.、Nishida S.、Ogawa K.、Pestotnik R.、Santelj L.、Sumiyoshi T.、Tabata M.、Yonenaga M.
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
Volume: 876
Pages: 149～152
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of a new 2-inch hybrid photo-detector using MPPC2017
Author(s)
A. Fukasawa, Y. Hotta, T. Ishizu, Y. Negi, G. Nakano, S. Ichikawa, T. Nagasawa, Y. Egawa, A. Kageyama, I. Adachi, G. Barbarino, F. C. Barbato, I. Campajola, R. De Asmundis, F. Di Capua, C. M. Mollo, E. Nocerino, D. ViVolo, P. Migliori, G. Derosa
Organizer
8th international conference on new developments on photodetection
Int'l Joint Research
