2017 Fiscal Year Annual Research Report
超高速・高解像顕微鏡による暗黒物質探索用超微粒子原子核乾板の読み出しの開発研究
| Project/Area Number |
16H03976
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
中野 敏行 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (50345849)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 暗黒物質 / 原子核乾板 / WIMPs |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質問題は天文学および物理学における最大の課題の一つであり、その正体を突き止めることは我々の宇宙の起源を解き明かすことに直結する。様々な実験手法によって暗黒物質の探索が続けられてはいるが、特にWIMPs探索においては太陽系の天の川銀河における公転に起因する運動が予測される等、その到来方向を含めた測定の実現は極めてユニークであると言える。名古屋大学で開発した超微粒子原子核乾板（NIT)は、暗黒物質により反跳されたO(100KeV)の原子核反跳を飛跡として記録する能力をもっており、超微粒子原子核乾板検出器を超高速かつ高解像度に解析可能な顕微鏡システムを開発することが探索において重要となる。
今年度は本研究で開発を行っている新装置PTS3についての性能評価を行った。想定している解析スキームとしては、本装置で高速にトリガーした事象を複数回の精密測定により有意な信号か否かの判別をする。その結果、解析スキームに必要な1μm以下の位置の再現性を確認することができ、検出効率についても銀ナノ粒子とカーボンイオン注入サンプルによる疑似的に生成した事象を確認することで93%程度の検出効率を確認した。また複数のシステム間の再現性も問題なく、物理解析に使用するのに必要な要件が満たされていることも確認できている。加えて、これまで行われていた表面認識の方式を見直すことで、乳剤表面への案内および認識成功率が向上し、読み取り無駄時間をほぼ０にすることで実効速度を2倍向上させることができた。
今後の展開として、これまでのシステム開発および対物レンズの評価結果から、より高速な撮像系の導入が可能との判断し、さたに従来の6倍高速な撮影系の実装を進めている。画像処理能力の強化（高スループット化）も必要になるが、GPUによる高速化と計算コストの低減を行い、当初の目標解析性能を得ることを目指す。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超微粒子原子核乾板の解析速度向上において、従来問題であった超微粒子乳剤層の表面認識成功率の向上を達成することができた。表面認識とは自動読み取り装置でNIT内の情報を読み出す際にNIT層の表面位置を検出し適切な場所を読み取っているかを判定することである。読み取り位置がずれた場合には、検出器の実効体積の損失を避けるために再読み取りを行うことから無駄時間が発生する。従来の表面認識方法では失敗率が大きく、半数以上の視野で撮り直しが行われていた。前処理によって乳剤表面に銀ナノ粒子を付加する手法による表面認識手法のアルゴリズムを見直し、最適化することで撮り直し回数が1.43[回/視野]から 0.02[回/視野]まで大幅に減少させたことにより、無駄時間がほぼ０になって実効速度を概ね2倍にすることが可能となった。
また今後の高速化の鍵となる高速撮像系の導入のため、撮影速度に応じた高強度・短パルス光源の開発・予備テストを行い、強度およびパルス時間が実現可能であることが確認できたことから、従来の6倍の速度の撮像系の実装を開始することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に開発および実装を開始した6倍速・高速撮像系を最大限に生かすため、効率的な載物台の駆動方法を研究する。昨年度には原子核乾板の表面の自動認識手法を改良開発したことにより無駄時間を半分にすることで単純に2倍の速度達成することができたが、本年度は、駆動時間の一層の削減を行い、より効率的な解析を行えるような手法を実現する。
撮像系の高画質・高分解能化：撮像系を高速化することにより、短パルス光源の必要強度が増加し、駆動時間の削減には短パルス化がより一層求められることになったことから、高強度化および高時間精度化を図る。また、撮像素子のS/Nの改善により分解能の向上が見込めることが判明したことから、光源の高強度化によりコントラストを改善し高画質・高分解能化を行う。また、撮像系の高速化によって、画像処理能力の強化（高スループット化）が必要になるが、GPUによる高速化と計算コストの低減を行い、目標値に達成と実用的な安定性を得ることを目指す。
Point spread functionの改良：撮像素子のS/N改善により高分解能化が見込めることが判明したが、光学的分解能を向上させるため、前年に引き続き、対物レンズの出射瞳位置にアポタイゼーションマスクの改良を進め、水平分解能の向上および評価を行い、反跳原子核のエネルギー閾値の低減を研究し、画像処理による、光学収差を逆変換によって改善する手法を研究する。
複数焦点面での画像取得：高速化された撮像系を発展させ、多素子による多重撮影を用いることで、1 μm程度異なった焦点面の画像を同時に撮影することで高速化を試みる。
|
Research Products
(3 results)
-
[Presentation] エマルジョン暗黒物質探索実験NEWSdm(2)～高速飛跡読み取り装置開発の現状報告～2018
Author(s)
小林 龍太,中 竜大,中野 敏行,吉本 雅浩,梅本 篤宏,市来 浩勝,多田 智美,福澤 佑哉,白石 卓也,轟 祈,佐藤 修,久下 謙一,浅田 貴志
Organizer
日本物理学会第73回年次大会
-
-
