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宇宙マイクロ波背景放射偏光観測における偏光変調器のための低温連続回転機構の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K14272
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
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

櫻井 雄基  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任研究員 (50780847)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードCMB / インフレーション / 偏光変調器 / 半波長板 / 極低温 / 回転機構 / 超電導磁気軸受 / 同期モーター / CMB偏光 / 低温回転機構 / 低発熱 / 宇宙物理 / 宇宙マイクロ波背景放射 / 超伝導軸受
研究成果の概要

宇宙のインフレーション理論の実証は、現代物理学の最重要課題の一つである。偏光変調器は、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光観測における系統誤差の大幅な軽減を可能にするため、インフレーション探索の鍵となる装置である。本研究の目的は、偏光変調器に使用する極低温回転機構を開発し、10K以下での安定的かつ低発熱な動作の確立である。低発熱化のための開発を行った超伝導磁気軸受と同期モーターを導入した小型、及び実機サイズの回転機構試作機を作製し、その性能評価を行った。これにより、衛星、及び地上実験に実際に使用する偏光変調器の性能要求を満たす極低温回転機構の実現性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙のインフレーション理論は、現代宇宙論の未解決な問題を一挙に解決可能であるため、最重要研究課題の一つである。また、インフレーションのエネルギースケールは未到達である大統一理論(GUT)スケールに対応するため、高エネルギー物理学においても重要な意義を有する。インフレーションの実験的検証のためには、CMB偏光観測実験の高感度化、つまり偏光変調器の開発が必須である。本研究では、偏光変調器の主要部である極低温回転機構を開発し、実際の実験の要求を満たす実現性を示した。これにより、インフレーションの実験的検証に向けた装置開発において、大きく前進したと言える。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Design and thermal characteristics of a 400mm diameter levitating rotor in a superconducting magnetic bearing operating below at 10K for a CMB polarization experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, T. Iida, H. Kanai, N. Katayama, H. Imada, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Sugai, H. Kataza, R. Yamamoto, S. Utsunomiya
    • 雑誌名

      Y. Sakurai, T. Matsumura, T. Iida, H. Kanai, N. Katayama, H. Imada, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Sugai, H. Kataza, R. Yamamoto, S. Utsunomiya

      巻: 未定 号: 4 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tasc.2018.2797302

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a cryogenic remote sensing thermometer for CMB polarization experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Y Sakurai, T. Matsumura, N. Katayama, H. Kanai, T. Iida
    • 雑誌名

      Proceedings of 29th IEEE International Symposium on Space THz Technology ISSTT2018

      巻: 29 ページ: 169-174

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vibrational characteristics of a superconducting magnetic bearing employed for a prototype polarization modulator2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Sugai, N. Katayama, H. Ohsaki, Y. Terao, Y. Terachi, H. Kataza, S. Utsunomiya, and R. Yamamoto
    • 雑誌名

      Journal of Physics Conference Series

      巻: 871 ページ: 012091-012091

    • DOI

      10.1088/1742-6596/871/1/012091

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of the Heat Dissipation and the Rotor Temperature of Superconducting Magnetic Bearing Below 10 K2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Kataza, S. Utsunomiya, and R. Yamamoto
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 号: 4 ページ: 012011-012011

    • DOI

      10.1109/tasc.2017.2672688

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical analysis of fundamental characteristics of superconducting magnetic bearings for a polarization modulator2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Terachi, Y. Terao, H. Ohsaki, Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Sugai, S. Utsunomiya, H. Kataza, and R. Yamamoto.
    • 雑誌名

      Journal of Physics Conference Series

      巻: 871 ページ: 012094-012094

    • DOI

      10.1088/1742-6596/871/1/012094

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermal analysis of a prototype cryogenic polarization modulator for use in a space-borne CMB polarization experiment2017

    • 著者名/発表者名
      T. Iida. Y. Sakurai, T. Matsumura, H. Sugai, H. Imada, H. Kataza, H. Ohsaki, M. Hazumi, N. Katayama, R. Yamamoto, S. Utsunomiya, Y. Terao
    • 雑誌名

      IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

      巻: 278 ページ: 012011-012011

    • DOI

      10.1088/1757-899x/278/1/012011

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] LiteBIRD衛星計画低周波望遠鏡搭載に向けた偏光変調器の開発概要2019

    • 著者名/発表者名
      桜井雄基、松村知岳、片山伸彦、小松国幹、杉山真也、高久諒太
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] LiteBIRD科学衛星のための偏光変調器の開発状況2018

    • 著者名/発表者名
      桜井雄基、松村知岳、片山信彦、小松国幹、杉山真也、高久諒太
    • 学会等名
      第18回宇宙科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of a cryogenic remote sensing thermometer for CMB polarization experiments2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai, Tomotake Matsumura, Nobuhiko Katayama, Hiroaki Kanai, Teruhito Iida
    • 学会等名
      29th IEEE International Symposium on Space THz Technology ISSTT2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and development of a polarization modulator unit based on a continuous rotating half-wave plate for LiteBIRD2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai et al.
    • 学会等名
      SPIE2018 Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a contactless cryogenic rotation mechanism employed for a polarization modulator unit in cosmic microwave background polarization experiments2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai, Tomotake Matsumura, Teruhito Iida, Kunimoto Komatsu, Nobuhiko Katayama, Hajime Sugai, Hiroyuki Ohsaki, Yutaka Terao, Yukimasa Hirota, Hisashi Enokida
    • 学会等名
      The 31st International Symposium on Superconductivity ISS2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a cryogenic remote sensing thermometer for CMB polarization experiments2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, N. Katayama, H. Kanai, T. Iida
    • 学会等名
      29th IEEE International Symposium on Space THz Technology (ISSTT2018)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LiteBIRD: lite satellite for the study of B-mode polarization and inflation from cosmic microwave background radiation detection2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai
    • 学会等名
      International Symposium on Cosmology and Particle Astrophysics (CosPA2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and thermal characteristics of a 400mm diameter levitating rotor in a superconducting magnetic bearing operating below at 10K for a CMB polarization experiment2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, T. Iida, H. Kanai, N. Katayama, H. Imada, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Sugai, H. Kataza, R. Yamamoto, S. Utsunomiya
    • 学会等名
      13th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of the prototype SMB system for the space-borne polarimeter2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakurai, T. Matsumura, N. Katayama, H. Ohsaki, Y. Terao, T. Shimomura, H. Kanai, H. Sugai, H. Imada, H. Kataza, S. Utsunomiya, R. Yamamoto
    • 学会等名
      The 10th International Workshop on Processing and Applications of Superconducting (RE)BCO Large Grain Materials (PASREG 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射偏光観測実験のための偏光変調器用超電導軸受の発熱特性2017

    • 著者名/発表者名
      桜井雄基、松村知岳、飯田光人、片山伸彦、菅井肇、大崎博之、寺尾悠、寺地祐介、下村俊貴、今田大皓、山本亮、宇都宮真、片座宏一
    • 学会等名
      第29回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム(SEAD29)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2020-03-30  

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