2015 Fiscal Year Research-status Report
低・高エネルギー粒子、及びＸ線の同時分析機能実現に向けたハイブリッド検出系の試作
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15K13574
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
平原 聖文 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50242102)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 粒子検出器 / 機器開発 / 半導体検出器 / マイクロチャンネルプレート / ハイブリッド検出器 / 宇宙探査 / 宇宙プラズマ / 磁気圏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙探査、特に宇宙プラズマ粒子の検出に最も広く用いられてきたマイクロチャンネルプレート(MCP)と半導体検出器(SSD)を結合させてハイブリッド検出システムを試作した。これにより、MCPが有効な数百keV以下のエネルギー帯と、SSDが多用される数十keV以上でのエネルギー帯に渡ってハイブリッド系検出が可能になり、広いエネルギー帯域を有感帯域とする検出システムの基礎開発が可能となる。また、プラズマ粒子とX・ガンマ線の検出においてはは、お互いが雑音源となるため、ハイブリッド検出系による雑音除去手法開発の端緒となる。
初年度である本年度では、放射線源による大気中でのアルファー粒子の検出を、現有のSSDを用いて再現した後、このSSDを現有の大型円形MCPアセンブリーに結合させる機構治具を製作し、ハイブリッド検出系を試作する事が出来た。このハイブリッド検出系を真空槽内に設置し、イオンビーム照射する事で、真空中でのハイブリッドシステムによる検出に、世界で初めて成功した。なお、この過程に至るまでに、放射線源を用いて大気圧中にてSSDからの信号をチャージアンプにより増幅する事で、現有の信号増幅系・波高分析系・データ解析系の適用が可能である事を確認している。この後、大型円形MCPアセンブリーを改修し、特注金属電極治具の設計・製作を経て、上記の半導体検出器(SSD)を取り付けた後、イオンビームラインに設置し、真空中にてプロトン、ヘリウムイオン、窒素イオンを20keVにて照射し、信号応答を調査した。その後、検出器(SSD、MCP)と粒子種の違いによる出力信号波形の差異を比較し、SSDに比べMCPからの出力信号波高が優位に高い事、このエネルギー帯、及び、今回のMCPの印加電圧状態では粒子種による波形・波高に有意な差異が認められない事、等が判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
まず基礎実験として、半導体検出器(SSD)に対し、放射線源を用いる事でその機能を確認しつつ、機構治具の設計を進めた。その為に、特殊金属電極である機構治具を予定より早く製作する事が可能となり、それを用いてマイクロチャンネルプレートアセンブリーに半導体検出器を結合させ、真空中にて様々な粒子種による照射試験を成功させる事が出来た。この過程で、基礎実験として予定していたいくつかの項目は、これまでの実績と、今回の基礎実験により省略が可能であると判断出来た事、機構治具の設計・製作が順調に進んだ事、現有の資材・装置を有効に活用する事が出来た事、等がその要因である。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は、イオン種のみを変更し、ハイブリッド検出系の出力信号を記録したが、エネルギーを10～150keVの範囲で変更する。また、電子ビーム照射においても同様の実験を行う。また、数十keVのγ線の照射によるマイクロチャンネルプレート(MCP)と半導体検出器(SSD)からの信号応答、及びそれらの波形の違いを確認する。また、当初予定していた振動試験に関しては省略可能であると考えている。その理由として、使用している本研究にて使用している現有のMCPアセンブリーと同等品が既に宇宙計画に適用され正常に作動した実績がある事、振動耐性はハイブリッド検出系に用いられるSSDの形状に大きく依存する一方で、そもそもSSD自体が軽量であるため、これまでの経験に依れば大きな問題なく耐振動性を確保可能である事、等が挙げられる。
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