2021 Fiscal Year Annual Research Report

Sensitivity improvement of the CTA-LST aiming for detecting gamma-ray signal from Dark Matter annihilation

Research Project

Project/Area Number	21H01106
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	齋藤隆之東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60713419)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	窪秀利京都大学, 理学研究科, 准教授 (40300868) 山本常夏甲南大学, 理工学部, 教授 (40454722) 猪目祐介東京大学, 宇宙線研究所, 技術職員 (90869710)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	SiPM / 大気チェレンコフ望遠鏡 / CTA / 大口径望遠鏡
Outline of Annual Research Achievements	暗黒物質の対消滅により生じる高エネルギーガンマ線を検出するため、CTA大口径望遠鏡のさらなる好感度化を目指し、SiPMモジュールの開発を進めている。2021年度の具体的な研究目標は、 SiPMの出力波形の整形（数百nsの幅を3ns程度に）、4つのSiPMの信号の合算、ゲインの温度依存性に対する補償回路の開発、の３つであった。まず、波形整形については解析的な計算、回路シミュレーション、回路の試作を経て、300 ns 程度ある長いテールの部分を削り、約2 nsの幅に縮めることに成功した。一方で、振幅も1/7程度に減少してしまうため、アンプで補正する必要があることもわかった。また、信号の合算回路については、MEG実験で開発された信号合成回路を用い、４つの信号を合成させることに成功した。波形に僅かなアンダーシュートが生じてしまったものの、電荷分解のもほとんど劣化されることなく、信号を合成することに成功した。アンダーシュートが解析やトリガーに影響するようであれば、インピーダンスの調整を行い、改良する予定である。また、温度補償回路の開発もうまく進んだ。浜松ホトニクス社製MPPC, S14521のゲインは、-1℃程度の温度依存性があった。温度に依存してバイアス電圧を上げることで補償ができるので、浜松ホトニクス社製の電源チップC14156を用いてそのような補償回路を開発した。C14156は温度に依存した出力を出せるだけでなく、その温度計数を制御することができる。３０度を中心に温度依存性を最小化すべく温度計数を調整し、0.08%/℃まで低減することに成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度の目標であった信号合算回路、波形整形回路、温度補償回路の開発が順調に進んだ。半導体不足などで開発が滞る部分もあったが、できるところから進めていったのがよかった。
Strategy for Future Research Activity	CTA望遠鏡に搭載してSiPMの試験をするという目標が達成できるよう、多少性能に妥協をしてでも開発のペースを保っていく予定である。