2023 Fiscal Year Research-status Report
Challenge of next-generation elementary particle and nuclear experiment enabled by brand new hard-and-soft graphite
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22K18719
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
西口 創 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 (10534810)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 素粒子実験 / 放射線検出器 / ナノファイバー / グラファイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大強度加速器を用いた高統計・高精度実験が、エネルギーフロンティア実験と相補的な成果を上げている。ところが、比較的低いエネルギーでの素粒子反応を扱う実験では、入射粒子が検出器の構成物質でクーロン多重散乱してしまう影響により、粒子の検出精度が制限されるという問題がある。これを回避する強力な手段が、検出器の軽量化である。そこで最新のナノファイバー技術によりポリイミドを不織布状に加工し、これを焼成することで新材料「不織グラファイト」を生み出すことに成功した。本研究では、この不織グラファイトを、ビーム標的や放射線検出器の電極などへ応用することで、次世代素粒子実験に向けた全く新しいアプローチを切り拓くことに挑戦する。R4年度は、不織グラファイトの製作条件の最適化、及び作り出した不織グラファイトを用いて各種標的や検出器電極等の試作を進める計画であったが、準備研究(基盤研究B・代表/信州大/渡邊圭)で試作した各種不織グラファイト材料が転用出来たため、R4年度中の追加焼成は実施せずに、手持ちのサンプルを用いて各種基礎特性試験を実施した。その結果、次期焼成試験の際に最適化すべきパラメータ等に関して、新たな知見が得られた。
R5年度は、新たに用意した不織ポリイミドサンプルを準備研究(基盤研究B・代表/信州大/渡邊圭)における焼成試験と同時に焼成したため、焼成費用等の経費を支出しないで済んだ。新たに焼成した不織グラファイトは高純度にグラファイト化されたことがラマン分光試験により確認された。この不織グラファイトを応用した新たなパイ中間子生成標的の可能性に関して、新たな国際共同研究（豪州・シドニー大学）の企図を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
準備研究で製作した各種不職グラファイト材料が転用出来たため、R4年度に計画していた焼成試験等を行うことなく、材料に関する基礎特性試験を想定より早い 段階で進めることが出来た。そこで、R4年度に予定していた焼成試験に係る経費はR5年度に持ち越し、R4年度に実施した基礎特性試験の結果をフィードバックすることで、より効率的に焼成条件の最適化を進めることが出来た。
また、その結果を受けてR5年度に実施した新規の焼成試験では、準備研究（R4年度で完了予定であったが、新型コロナ感染症の影響を受けたためR5年度に繰越た）における別サンプルの焼成試験と兼ねたため、焼成費用が節約出来た。この予算を、R6年度に更に最適化した焼成に充てる予定である。
さらに、R5年度の焼成試験では、当初計画にあった不織ポリイミドの焼成に拘らず、シームレスポリエチレンチューブの焼成も試みた結果、研究計画当初には想定していなかった新しいグラファイト材料の製作手法も見出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
R6年度には、R5年度の試験結果に基づき、更に各種焼成パラメータを最適化した上で、新たな不織グラファイトサンプルを製作する。R5年度の焼成試験では、サンプルの歪みが見つかったため、R6年度の焼成試験では、この点の改善を目指す。また、R5年度焼成で完了出来なかった、焼成前後での電気伝導度とナノファイバーの稠密度の関係性とその制御手法の研究を進める。最終的に最適化が完了した焼成の結果得られたグラファイトを用いて検出器及び導体を試作し、ビーム照射試験を実施する。
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| Causes of Carryover |
R5年度に実施した不織ポリイミドの焼成試験は、準備研究（R5年度に繰り越した基盤研究B）における別の焼成試験と同じ焼成炉を用いて実施したため、そのために予定していた費用が不要になった。そこで、R5年度に措置する予定であった焼成試験のための経費を用いて、R6年度に更に新たな最適化を施した焼成試験を追加で実施する。これにより、研究計画策定当初には想定していなかった、焼成後のグラファイトサンプルの歪みを解消することが期待され、焼成後の不織グラファイトの組成をより高精度で制御可能になることが見込まれる。
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