2020 Fiscal Year Annual Research Report
インフレーション仮説検証に向けた0.1ケルビン冷却と高速スキャン技術の融合
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19H01916
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
小栗 秀悟 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (20751176)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長崎 岳人 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, 研究員 (00752346)
木内 健司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00791071)
美馬 覚 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センタ ー, 研究員 (50721578)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 宇宙物理 / CMB / 冷却システム開発 / MKID |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、CMB偏光観測装置の高感度化である。その重要なファクターとして、「検出器の冷却」と「高速スキャンによる信号変調」を高い次元で両立させ、次世代CMB実験を牽引する技術を確立することを目指す。これまでのCMB偏光観測装置の冷却は、ソープション冷凍機や断熱消磁冷凍機を用いた冷却が一般的であったが、冷却パワー、冷却温度、冷却継続時間のいずれも希釈冷凍機に及ばない。これまで希釈冷凍機の導入が遅れた理由の一つに、配管取り回しの煩雑さがある。そこで、希釈冷凍機の配管用の回転継手を新開発して煩雑さを解消し、高速スキャンを行うCMB偏光観測装置への応用を目指す。
本年度は、昨年度開発が遅れてしまった配管用回転継手の開発を継続して行った。本研究で新しい点は、負圧もしくはほぼ大気圧である希釈冷凍機用の配管へ不純物ガスが混入することを防ぐ必要がある点である。回転継手は、回転部と固定部の間に、回転方向に沿った円周上の溝を掘り、その溝を使ってガスラインを維持する。その溝の上下のシールが不十分だと、リークの原因となる。そのため、希釈冷凍機のライン（溝）の上下に追加のラインを用意し、そのラインを真空引きするアイデアで試作を行った。試作品を、ヘリウムリークディテクターで検査した結果、回転によるリークはないものの、シール材の材質として、わずかながらヘリウムがリークすることが確認できた。来年度は、この原因、および、その対策を検討する。
また並行して、検出器自体の高感度化に向けた研究も進めている。検出器として超伝導が持つインダクタンスを利用した超伝導力学的インダクタンス検出器（KIDs）を開発した。超伝導体として転移温度が約15Kの窒化ニオブチタンと、1.2Kのアルミニウムを組み合わせたハイブリッド型のKIDsを作製した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は回転継手の性能評価を行った。しかし、大気の混入を防ぐための真空引きするラインに、冷凍機のヘリウムガスがわずかながらリークすることがわかった。次年度は、これを解決するための方法を模索する。
また、その遅れを挽回するため、検出器自体の高感度化も進めている。ハイブリッド型KIDsの電気的な応答を取得した。また、ミリ波応答を取得するために必要なミリ波回路の設計を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
希釈冷凍機にとっては無視できないヘリウムのリークが確認されたため、次年度はリークを抑える手法、および、リークがあっても成立する方法の二方向で検討を行う。また、本研究の最終目標はCMB偏光観測における検出器の高感度化であるため、その目標に向けた研究も推進する。
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