2013 Fiscal Year Research-status Report
TDGL方程式のシミュレーションによる超伝導ストリップライン検出器の高性能化
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25420350
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
馬渡 康徳 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 上級主任研究員 (70358068)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 検出器 / シミュレーション / 時間依存Ginzburg-Landau方程式 |
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| Research Abstract |
時間依存 Ginzburg-Landau (TDGL) 方程式および熱拡散方程式等を基にして，超伝導ストリップ検出器の動作を再現する数値シミュレーション方法の開発を行った．高性能ワークステーションを導入して大規模な本格的数値シミュレーション環境を構築し，バイアス電流を運ぶ超伝導ストリップに光子あるいは高分子イオンが衝突した後で局所的に常伝導転移する過程を再現するとともに，検出器の動作(特に出力電圧)を再現するシミュレータを開発した．
光子(エネルギー ~1eV)検出器の場合は，光子衝突後のホットスポットの発生を契機として渦糸・反渦糸の対が生成してストリップのエッジへ流れ，その渦糸の流れによる発熱により帯状の局所的な常伝導領域ができる．一方，高分子イオン(エネルギー ~20keV)検出器の場合は，イオンの膨大なエネルギーにより超伝導ストリップはすぐに(渦糸の流れの過程を経る間もなく)局所的に常伝導転移することがわかった．
また，検出器全体の機器構成を考慮した集中定数回路方程式と上記2方程式とを組み合わせた数値計算を行い，検出器の動作，特に出力電圧パルス波形を再現するシミュレーション方法を開発した．超伝導ストリップにおける局所的常伝導転移に伴って ~ps オーダーで局所的な電圧を生じるが，超伝導ストリップの大部分は超伝導状態のままでインダクタンスとして働くために検出器出力電圧は ~ns オーダーで増加し，局所的な電圧発生と検出器出力電圧パルスの時間スケールは大きく異なることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
数値計算用ワークステーションを導入し，超伝導ストリップにおける局所的常伝導転移や，超伝導ストリップ検出器全体の機器構成を考慮した検出器の出力電圧等の振舞を再現するシミュレータを開発し，研究目的は概ね達成することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
数値シミュレーション環境が整って検出機構と検出器動作の基本特性は明らかになったので，今後は先ず，連携研究者が実際に開発している分子イオン検出器の動作(実験データ)を定量的に再現できるように，シミュレータの精密化を行なう．次に，検出器の動作パラメータや超伝導ストリップの形状パラメータが，検出器の動作特性にどのような影響を及ぼすか明らかにする．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度 H26 には，研究発表と研究動向調査のために2件の海外出張を行なう予定となったため，初年度 H25 での研究費使用を抑えて次年度の学会参加費および旅費の増加に備えた．
主として2件の海外出張(4th International Workshop on Numerical Modelling of High Temperature Superconductors, Slovakia および 2014 Applied Superconductivity Conference, USA)のための学会参加費および旅費に使用する予定である．
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