2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research and Development of Micro Pattern Gaseous Detector using DLC for Next Generation High Luminosity Particle Physics Experiments
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21H01111
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
越智 敦彦 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40335419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増渕 達也 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (20512148)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 素粒子実験 / 粒子測定技術 / MPGD / DLC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
素粒子の標準理論を超える物理事象の探索手法として、加速器実験における衝突エネルギーと頻度をより高くすることは、最も成果の期待できる手法の一つであり、LHC実験のアップグレードを始めとして次世代の高エネルギー加速器実験の計画が進められている。このためには、粒子線を検出する検出器についても、強い放射線環境下で動作し、なおかつそれをデータとして取得できるものでなければならない。
本研究では、このために高入射粒子許容量と高位置分解能を併せ持つ新型ガス放射線検出器を、微細構造技術、及びダイヤモンドライクカーボン薄膜を使った電極を用いた独自の手法として、マイクロパターンガス検出器の一種であるμ-PICにおいて、陰極電極を高抵抗素材とした粒子線検出器の開発を行い、電極構造の最適化を行うために、アノード形状の異なる複数の検出器サンプルを作製した。
最初の段階で、検出器が粒子線を捉える基本的な特性や、強い放射線環境下での動作の基本特性は得られていたが、本研究課題では粒子線の飛跡検出や画像検出を可能とする二次元検出器としての開発に注力した。
当初は陽極と陰極の2軸から電気信号を読み出して、これを高速のデータ処理する、Scalable readout system により二次元信号を得ることを想定していたが、コロナ禍における半導体供給不足により、システムの構築が困難となったため、新たに粒子線の入射状況を光学的に CCD カメラで読み取る手法を構築することにより、入射粒子線の二次元イメージを読み取り、これに成功した。
この実験は、マイクロパターンガス検出器の国際コラボレーションである RD51 との協力により行われ、また、結果は RD51 主催の国際ワークショップにて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
粒子線の飛跡／画像検出器としての評価のために、当初は RD51 の開発した、VMM3 チップを読み出しとした Scalable readout system を導入する予定であった。しかし、コロナ禍における世界的な半導体の供給不足の影響により、このシステム導入が大幅に遅れることになり、最終的には研究を令和４年度に繰り越し、研究手法についても各チャンネルから信号を読み出す方法ではなく、RD51 で近年用いられている、高速CCDを用いた光学的読み出し手法を適用することになった。このためには、開発した検出器を CERN へ持ち込み動作させるなどの準備が必要となったが、当初の予定より約８か月遅れで、異なる電極構造に対する、二次元読み出しの評価を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究により、陽極の電極構造のアスペクト比を大きくすることによりより安定して信号を得られる検出器が作製できることがわかってきたが、一方でこの構造を実現するための絶縁素材の微細加工精度が問題となることもわかってきた。
このため、今後の研究方針として、より正確でアスペクト比の大きな構造をフォトリソグラフィにより形成でき、かつ高耐電圧を持つ素材を探索する必要がある。プリント基板技術などで市場に供給されている素材や、開発中などのものを用いて、理想的な検出器構造を実現できる素材と形状の構成方法を探ることが、今後の研究の推進方策としては肝となる。
また、試作する検出器について高入射放射線環境下での動作を試す必要があるため、国内外の施設を用いて様々な照射実験を行っていく。
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