2016 Fiscal Year Annual Research Report
ニュートリノ高精度測定を実現する高性能光検出器の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Unification and Development of the Neutrino Science Frontier |
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| Project/Area Number |
16H00861
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西村 康宏 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (40648119)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光検出器 / ニュートリノ / 水チェレンコフ光検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
50cm径高性能ハイブリッド型光検出器(HPD)の実用化に向けた回路開発を行った。
光電子増倍管の50cm大口径化成功によりカミオカンデは多くの成果を上げ、更に性能を倍増した50cm径光電子増倍管によりスーパーカミオカンデでニュートリノ振動発見等の成功をもたらした。これを踏まえ、次世代のハイパーカミオカンデ実現に向けてより高い検出効率と分解能を持つ50cm径HPDを開発してきた。
従来の光電子増倍管との違いは、HPDでは内部の半導体検出器を用い、アンプ回路を内蔵してより高電圧で駆動させることにある。光電子増倍管と同様に20年以上の長期で安定に作動するには、これら回路系の寿命を把握し、故障をできるだけ抑える回路を完成させる必要がある。本年度は、まず回路の基本設計を絞り、性能をより高められるように回路を調整して完成させた。
内部の半導体検出器は寄生容量が大きく、800pFであった。そのため、400pFに半減した上、面積を分割して読み出す5分割型、2分割型により、2分割型で性能が最も良く出る事を示していた。ただし、2分割型では収集効率が落ちるため、1分割型でも時間分解能を十分に出せるアンプを開発し試験した。結果として、時間分解能は2分割型では半値全幅で3.8ナノ秒であったが、1分割型でも3.2ナノ秒を達成できた。スーパーカミオカンデで用いる光電子増倍管7.3ナノ秒の半減以下の改善となる。
また、これまでHPDに内蔵型の高電圧電源を用いてきたが、故障した場合は交換修復不能になる。そこで外部電源印加方式の立証と、高水圧中で8kVを接続できる水中コネクタを開発した。ハイパーカミオカンデで用いる20m先から電圧を供給してもHPDの性能に支障はなく、またコネクタの絶縁性を確かめた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
部品の試験・評価を行う過程で、当初の予想に反し、ノイズの影響が大きかったため、回路構成が時間測定を行うには不十分であると判明した。回路改良によりノイズを抑え、時間性能を改善するところまで達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
必要な部品が入手できなくなったため、大量数の部品を見るのではなく、少数で長期に用いることにより、寿命と耐性を評価することにした。
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[Presentation] Large PMT R&D in Japan2016
Author(s)
Yasuhiro NISHIMURA, Shoei NAKAYAMA
Organizer
International Workshop for the Next Generation Nucleon Decay and Neutrino Detector (NNN16)
Int'l Joint Research / Invited
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