次世代型ミュー粒子・電子転換過程探索実験に向けたファイバー飛跡検出器の開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05470
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 清矢 良浩 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (80251031)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: プラスチックシンチレーションファイバー / MPPC / 応答時間

Outline of Annual Research Achievements

・引き続き，大量の荷電粒子（バースト）を照射によるシンチレーションファイバー＋MPPC読み出し系の飽和現象の理解と，飽和から数 100 ns 程度で素早く動作復帰し，単一荷電粒子検出可能なファイバー飛跡検出器のための要素技術開発研究を進めた．
・前年度に，0.1 mm シンチレーションファイバーに光吸収率が高い黒塗料を塗布し，それらを 10 本束ねたバンドルを作成した．これは，ファイバー間の干渉を抑えるとともに，一つのファイバー内で発生した光子の，ファイバー外面での反射を除去し，飽和からの復帰に改善がみられるかどうか確認するためであった．しかし，電子バーストに照射したところ，復帰時間が遅く，改善が見られないことが判明した．
・今年度は，黒塗料を塗布した 0.1 mm シンチレーションファイバーを 10 本束ねたバンドルを作成し，その中の 1 本のみ読み出し MPPC に結合したものと，対照テストとしてバンドルではなくて 1 本のみのファイバーを MPPC に結合したものを作成した．これにより，バンドルにした効果を直接的に確認する．
・京都大学複合原子力科学研究所の線形電子加速器ビームを用い，製作したシンチレーションファイバー＋MPPC 読み出し系をテストした．パルスあたり最高で 1e7 個程度の電子バーストを照射したところ，バンドルからの 1 本読み出しと単体 1 本読み出しの応答に大きな変化が無いことが明らかになった．これはシンチレーションファイバーのバンドル化に原因があるのではなく，MPPC 固有の性質である可能性が高いことが示されたことになる．ただし，時定数的には数 100 ns に収まっているので，遅い復帰の振る舞いのメカニズムについて詳細に調べる必要がある．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

・当初の計画では，30 チャンネルのファイバー飛跡検出器プロトタイプを 3 台製作する予定であったが，バーストによる飽和からの復帰が遅い原因の究明がこの研究の最重要事項であるため，シンチレーションファイバー側か MPPC 読み出し側かを切り分けるためのテストを優先した．その結果，MPPC の大強度の光入射に対する応答の理解の重要性が明らかになった．
・ビームテストデータ解析は継続中であるがやや遅れている．
・多チャンネル化への取り組みも継続中である．

Strategy for Future Research Activity

・大強度光入射に対する MPPC 応答の理解の重要性が明らかになったので，主としてベンチテスト等により基礎的な理解を深めることができると思われる．
・問題解明の大きなヒントが得られたので，可能な限りそちらに集中する．多チャンネル化については，実際に 30 チャンネルのファイバー飛跡検出器製作に固執せず，可能であれば小規模の多チャンネル化を検討する．
・この研究は，ミューオン・電子転換探索実験 DeeMe の将来的な高度化も意識したものであるので，DeeMe プロジェクトの推進にも貢献できるように配慮しながら進める．

Causes of Carryover

・主として，この研究の最重要課題である，バースト入射による飽和からの遅い復帰の原因究明に向けたビームテストを優先したことにより，多チャンネルファイバー飛跡検出器プロトタイプ製作費と読み出し電子回路購入を延期したためである．
・原因究明の大きなヒントを得られたので，そちらを優先するとともに，多チャンネル化に向けた基礎的技術の検討，また，この研究が強く意識しているミューオン・電子転換探索実験 DeeMe の将来に向けた高度化のため，DeeMe 実験そのものの推進に貢献するように配慮しながら研究を進める．