Micro spectrometer with superfine pixel sensors

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H01922
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 幅 淳二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 理事 (60180923)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 住澤 一高 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, 講師 (40379293) ; 中村 克朗 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, 助教 (60714425)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: マイクロスペクトロメータ / ピクセルセンサー / 双極磁石 / ネオジム永久磁石

Outline of Annual Research Achievements

2022年度に予定をして翌年度に繰り越していたマイクロスペクトロメータのプロトタイプの設計を終了して、その製作を早期に完了することをめざした。具体的には以下の内容を完了し、2023年度の主たる実験計画であるビームテストによるプロトタイプの評価作業に繋げた。
１）スペクトロメータの軌跡測定装置（トラッキング検出器）として、１７ミクロン角のSOIピクセルセンサー7層とそのデータ収集システムの準備と組み上げ、ソフトウェアの整備を行なった。
２）上記システムと組み合わせる分析用双極磁石をネオジム永久磁石と鉄芯の組み合わせて実現したものを調達した。その有効磁場領域は口径２０x４０mm^2奥行４０mmが三連となるもので、中心でのBLは0.4Tmが期待される。限られた磁場の実測データを精度良く補間するために、有限要素法に基づく数値計算を、2mm間隔の３次元メッシュにて、JMAGという産業用計算コードにて実施した。
3)上記を一つのシステムとして取り扱うためのステージを作成した。ステージでは双極磁石の前後に5層および2層のピクセルセンサーを再現性よく並べるとともに、そのデータ処理エレクトロニクスの空冷が効率よく行われる設計とした。また双極磁石の着脱についても、現場にて再現性よく行える様、位置決めピンなどの配置を実施した。
2022年度計画の繰越による研究準備として、上記のシステムをビームテストレディの状態とすることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

プロトタイプシステムは2023年度予定しているビームテストによる評価に間に合うよう完成した。

Strategy for Future Research Activity

予定通りビームテストを行い、その評価結果に基づいて最終システムを設計するともに、今回のビームテストのデータを元にチューニングすることができるトラッキングソフトウェアとシミュレーションコードを活用することで、本研究で想定したマイクロスペクトロメータの特長を最大限活用できる分野と局面について、定量的に分析していく。