2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a large size liquid argon TPC toward a neutrino interaction measurement
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18K03684
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
坂下 健 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 (50435616)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 液体アルゴンTPC / ニュートリノ原子核相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノ-原子核反応の詳細測定にむけて、高い粒子識別能力とエネルギー測定能力を持つ3次元イメージング測定器
「液体アルゴンタイムプロジェクションチェンバー (液体アルゴンTPC)」の大型化を目指している。大型化しても高い信号-雑音比を維持できるように、荷電粒子が検出器を通過した際につくる電離電子を測定器上部のガス領域に取り出し、ガス領域に設置した増幅装置で信号を増幅して読み出す気液2相式方法の開発を進めている。
最終年度の研究では、まず、これまでに得られた情報を元に、~1000kgの容量の液体アルゴンTPCでのニュートリノ反応測定実験の検討を計算プログラムを開発して進めた。
次に、開発した10cm x 10cmのガス増幅器(GEM)およびストリップ読み出しで液体アルゴンTPCによる宇宙線試験を行った。GEMに33kV/cmの電場を印加し、約9倍の増幅率で安定に運転することを達成した。また、GEM基板の増幅率の測定を30リットルTPC容器にガスアルゴンだけ充填したセットアップでも測定し、増幅率の時間変化のスタディを進めた。これまでの測定結果や国際共同実験WA105でのスタディ結果から、開発したGEM基板では、基板のチャージアップによる増幅率の変化や、大型化した場合に放電しやすい。今後の展開としては、放電を抑えながらかつ増幅率の時間変化を小さくするGEM基板として、高抵抗物質を電極に用いたGEMの開発が考えられる。
増幅読み出しの開発と並行して、読み出し信号量が飽和する問題解決のために、出力信号が飽和しない領域（ダイナミックレンジ）を広げた特定用途向け集積回路(ASIC)の開発も進めた。シミュレーションでの性能予想通り、ダイナミックレンジや内部ノイズ量など検出器からの要求を満たすことを確認した。
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