100万トン陽子崩壊・ニュートリノ観測装置に使用する光センサーの開発研究

• 研究課題/領域番号: 13554006
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 塩澤 真人 (2002-2003) 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (70272523); 戸塚 洋二 (2001) 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (40011712)
• 研究分担者: 鈴木 厚人 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00100818) ; 中村 健蔵 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (10011735) ; 伊藤 好孝 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (50272521) ; 久嶋 浩之 浜松ホトニクス(株), 電子管事業本部, 主任部員(研究職) ; 西川 公一郎 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60198439) ; 塩澤 真人 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (70272523)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 13,700千円 (直接経費: 13,700千円); 2003年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円); 2002年度: 4,400千円 (直接経費: 4,400千円); 2001年度: 4,900千円 (直接経費: 4,900千円)
• キーワード: 大型光電子増倍管 / HPD / 陽子崩壊 / ニュートリノ / 光電子増倍管

研究概要

本研究は、100万トン実験装置のための、安価で高性能な光センサーを開発するものである。13インチのハイブリッド光センサーの試作をし、動作試験から、改良研究を行った。いくつかの問題点が見つかったが、それに対する解決方法を明らかにした。
1.高電圧(25キロボルト)印加できず放電してしまう。-->光電面を製造中にセラミック絶縁体を加熱し、耐電圧を向上させる。
2.ダイオードの短時間での劣化がおきる。-->新たに5mmφの光ダイオードを開発した。寿命は改善したようである。
3.有効面積が小さい(240mm)-->ダイオードの位置と光電面の曲率を最適化することにより、300mmまで改善できることがわかった。
4.HPDの構造全体の最適化-->部品の効率化、フランジの強度改善、光電面の曲率の最適化案を作成した。
以上の開発により、致命的な技術的困難はなく、大型ハイブリッド光センサーの優れた基本特性と製作可能性が確かめられたと考える。
今後の課題としては、生産性の向上のための光センサーと電子回路の最適なデザイン検討と開発がある。また、コスト低減のために、さらなる大型化の可能性の追求も必要である。