2018 Fiscal Year Research-status Report
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17K14315
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
武内 陽子 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第一部電気電子技術グループ, 研究員 (40780987)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ガス電子増幅フォイル / 放電抑制 / ミューオン / 非破壊検査機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、宇宙から降り注ぐミューオンを用いた非破壊検査技術に着目し、高位置分解能かつリアルタイム測定ができる小型ミューオン検出器として、ガス電子増幅フォイル(GEM)を用いた3次元飛跡取得システムを開発する。この検出器の要でもあるGEMは厚み100μmの絶縁体シートを電極で挟み、表面に200μmの間隔で100μmの無数の貫通孔を開けた構造をしている。GEM両電極間に一定の電圧を印加すると、一つ一つの孔で電子増幅が起きる。これを利用して、GEMの上部でミューオンの飛跡上にできた微量な電子雲の形を崩さずに2次元で増幅し、読出ピクセルの位置と各ピクセルに到達した時間差から求められる位置情報の3次元情報を精度良く観測すれば、ミューオンの飛来方向が特定できる。そして観測した飛来方向を積算することで、最終的にレントゲンのような非破壊画像を取得することが可能である。
しかし、GEMは構造的に微細加工かつ高電圧を印加するため、従来のGEMでは絶縁体であるポリイミドなどの有機物が放電によって炭化し、絶縁破壊による故障を起こす可能性があった。本研究の検出器は長時間の運用中に故障を起こしてはならないため、高い信頼性が求められる。私は放電によるGEMの破壊を防ぐために、我々が数年前から開発を行っている絶縁体を無機物のセラミックスにしたLTCC-GEMを搭載することにした。
本年度の目標は、昨年度に確立したLTCC-GEMの新プロセスを用いて、実用サイズ(10cm角)のLTCC-GEMの性能評価を目指した。製造による加工精度の評価や、その動作評価を行った。結果、加工精度に関しては、設計値通りであった。動作評価に関してはテストで製造した1cm角のLTCC-GEMと比べ、電子増幅率が1/4程に低下したが、性能面に関して問題は無い。また、非破壊検査用のプロトタイプ検出器の設計と購入を行った。
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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
実用サイズ(10cm角)のLTCC-GEMを製造し、その加工精度と動作評価を行った。結果、加工精度に関しては、穴径、ピッチは誤差範囲内で設計値どおりであり、厚みについてはメーカーの補償誤差も含めて設計値内であった。動作試験に関して、電子増幅率はテストで製造した1cm角のLTCC-GEMと比較すると低下したが、性能面に関して問題は無い。現在、電子増幅率の低下の原因を究明中である。また、プロトタイプ機に必要な機器購入を今年度行い、次年度での組み立て、性能評価に向けて着々と準備を行った。以上の事から、本年度の目標はおおむね達成している。さらに、LTCC-GEMの製造で得られた知見を元に、他機関と共にLTCCを用いたGEMとは違うガス放射線検出器(μ-PIC)の製造にも着手し始めた。これはLTCC-GEMのバックアッププランとして使えるのではないかと現在検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
【プロトタイプ機の開発】
当初の計画通りに、本年度に購入した部材を組み立てて宇宙線ミューオン検出器のプロトタイプを開発し、同時に検討していたデータ処理方法なども動作ができるように準備を進める。
【封入ガスや印加電場などの運用パラメータの検討】
ミューオンを効率良く検出するために、各種運用パラメータの検討が必要である。具体的にはミューオンとガスの相互作用の確率から、最適なガス種とその圧力に見当をつけ、実際にプロトタイプ機を用いて評価を行う。同様に、ミューオンの飛跡情報を持つ電子雲の形状を読み出しピクセルへと移動させる印加電場も、検出効率との関係を調査し、放電が起こらずに安定して運用できる電場パラメータなどを決定する。
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| Causes of Carryover |
次年度(2019年)5月上旬に参加する国際会議渡航費用にあてるため。
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