セラミック製ガス電子増幅フォイルを用いたミュオグラフィ非破壊検査装置の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14507
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• 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, 開発本部物理応用技術部電気技術グループ, 副主任研究員 (40780987)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: ガス電子増幅フォイル / GEM / ミューオン / 非破壊検査装置

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している。この検出器の要でもあるGEMは厚み100μmの絶縁シートを2枚の電極で挟み、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おり、両電極間に一定の電圧を印加して一つ一つの孔で電子増幅を起こさせる。こうして、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次元で増幅して、読出しピクセルと各ピクセルに到達した時間差の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し、レントゲン写真の様に対象物の非破壊画像を得ることが出来る。画像取得に重要なGEMが放電で壊れない様にするため、我々はGEMの絶縁体を無機物のセラミックス(LTCC)にしたLTCC-GEMを開発し、装置に搭載することにした。
本年度の研究目標は、初年度に引き続き、LTCC-GEMの放電がさらに起こりにくくする改良である。新しいLTCC材で作成したLTCC-GEMは放電がしやすく、従来ほどの性能が出ない事が性能評価から判断しており、現在、その原因の追求と製造の対策方法を検討中である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本年度は新LTCC-GEMの放電問題の原因と改善を行う予定であったが、妊娠悪阻による体調不良及び、9月から年度末まで産休育休を取得したため研究は中断しており、進捗は遅れている。

Strategy for Future Research Activity

【LTCC-GEMの改良】
新LTCC材製のGEMでも従来品と同等性能になるように対策と試作を行う。そして、放電数を押さえたLTCC-GEMの作成を目指す。
【解析プログラムの最適化】
現在作成中の画像取得プログラムを改良し、本研究に最適化したデータ取得・解析プログラムになるよう作成・修繕を行う。
【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、LTCC-GEMの印加電場や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から、最適なガス種とその圧力に見当をつけ、実際に作成した検出器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、GEMなどで放電が起こらずに安定して運用できる電場パラメータを決定する。

Causes of Carryover

本年度購入予定であった備品・消耗品類は、本年度中から出産・育児休暇により研究を中断したため、復帰後の令和4年度以降に検討・購入を予定している。