ハイブリッド化による大口径高感度の新型光検出器の開発

• 研究課題/領域番号: 15K05110
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 足立 一郎 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, 准教授 (00249898)
• 研究協力者: フランチェスコ ディ・カプア
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 光検出器 / シングルフォトン / チェレンコフ光 / 光検出 / ハイブリッド検出器 / ハイブリッド

研究成果の概要

素粒子原子核実験において、シングルフォトンを検出する測定器はもっとも重要な要素の一つとなっている。しかし、微小な信号を検出するため、高電圧を必要とする。大面積をこのような検出器で覆う場合、高電圧に対するシールドは常に問題となる。最近ではMPPC（Multi-Pixelated Photon Counter）と呼ばれる半導体検出器が開発され、60V程度のバイアス電圧を印加することでシングルフォトン検出が可能となった。しかし、MPPCは大型化が困難で、多くの面積を覆うには大量のMPPCが必要となる。これらの問題を解決するためにハイブリッド技術を用いて新型光検出器の開発を行ったのが本研究である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ハイブリッド技術を用いて真空管内にMPPCを設置し、感度有効面積を広げ、シングルフォトン検出可能にするというアプローチは今までに考えられていなかったものである。したがって、大面積高感度を持つ光検出器の新たな分野を開拓したという点において学術的意義があると考える。さらに、今回用いたハイブリッド技術がこのような光検出器製造に役に立つことが判明した。社会的には既存技術を応用することで新型検出器を開発する例を示せたと考える。

研究成果

• [国際共同研究] ナポリ大学(イタリア)
• [国際共同研究] ナポリ大学(イタリア)
• [国際共同研究] INFN, Napoli(イタリア)
• [雑誌論文] Detectors for extreme luminosity: Belle II (2018)
  • 著者名/発表者名: I. Adachi et al.
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Meth. A 巻: 907 ページ: 46-59
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.03.068
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Test of the HAPD light sensor for the Belle II Aerogel RICH (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusa Y.、Adachi I.、Dolenec R.、Hayata K.、Iori S.、Iwata S.、Kakuno H.、Kataura R.、Kawai H.、Kindo H.、Kobayashi T.、Korpar S.、Krizan P.、Kumita T.、Mrvar M.、Nishida S.、Ogawa K.、Pestotnik R.、Santelj L.、Sumiyoshi T.、Tabata M.、Yonenaga M.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 876 ページ: 149-152
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.02.046
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Construction of Silica Aerogel Radiator System for Belle II RICH Counter (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Adachi et al
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 印刷中 ページ: 129-132
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.02.036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Development of a new 2-inch hybrid photo-detector using MPPC (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Fukasawa, Y. Hotta, T. Ishizu, Y. Negi, G. Nakano, S. Ichikawa, T. Nagasawa, Y. Egawa, A. Kageyama, I. Adachi, G. Barbarino, F. C. Barbato, I. Campajola, R. De Asmundis, F. Di Capua, C. M. Mollo, E. Nocerino, D. ViVolo, P. Migliori, G. Derosa
  • 学会等名: 8th international conference on new developments on photodetection
  • 国際学会
• [学会発表] Silica Aerogel Radiator System for Belle II RICH Counter (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Adachi
  • 学会等名: 2016 Nuclear Science Symposium
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 2016-10-29
  • 国際学会
• [学会発表] Construction of Silica Aerogel Radiator System for Belle II RICH Counter (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Adachi
  • 学会等名: The 9th International Workshop on Ring Imaging Cherenkov Detectors RICH 2016
  • 発表場所: Bled, Slovenia
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会