| 研究課題/領域番号 |
21H01106
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
齋藤 隆之 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60713419)
|
|---|
| 研究分担者 |
窪 秀利 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (40300868)
山本 常夏 甲南大学, 理工学部, 教授 (40454722)
猪目 祐介 東京大学, 宇宙線研究所, 技術職員 (90869710)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
|
|---|
| キーワード | SiPM / 大気チェレンコフ望遠鏡 / 暗黒物質 / CTA / 大口径望遠鏡 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
暗黒物質からの対消滅ガンマ線を検出するため、LSTのさらなる高感度化を目指す。光センサーを現行のPMTからSiPMにかえ、さらにカメラのピクセル数を4倍に増やす。そのカメラのFine Pixel 化に向けて、14 pixel SiPMモジュールを開発することが目的である。集光器、信号制御、信号読み出しなどさまざまな点で開発が必要となる。最終的には5 台、70ピクセル分製造し、稼働中のCTA北サイトのLST初号機に試験搭載し、宇宙線の作る空気シャワー像を撮る。
|
| 研究実績の概要 |
SiPMをチェレンコフ望遠鏡に採用するにあたり、必要不可欠とされる性能の一つが、出力パルス幅の短さである。前年度は、浜松ホトニクスに依頼し、パルス幅が4ナノ秒程度の素子を開発、製造してもらった。しかしながら、その代償として素子の死時間が増大することを発見した。本年度は、パルス幅は100ナノ秒程度の素子を用い、読み出し回路でパルス幅を短くする回路を開発した。４素子の出力信号を合算するが、それらを直列に繋ぐことで静電容量が抑えられ、パルスの「高速成分」と「低速成分」の２成分に分離させることができた。低速成分をPole-Zero-Canceller回路で容易に削ることができ、出力パルスの幅を短くすることに成功した。
また、ライトガイドの開発も進めた。薄いガラスに蒸着する方法で、赤色光を反射しない特品ライトガイドが開発できたが、それは非常に割れやすく、望遠鏡に搭載するには非現実であることが発覚した。そこで、集光率は多少犠牲になるが、プラスチック製の枠をつくり、そこにガラス幕を糊付けする方法とした。形状は光線追跡シミュレーションを用いて最適化した。実際の性能評価についてはこれから行なっていく。
SiPMとライトガイド、制御ボード、読み出しボードの機械的な組み合わせ方もスタディし、モジュールの全体像が出来上がった。１４のピクセルそれぞれが独立した構造をもち、１ピクセルずつ試験することも、交換することもできる形にした。今後はそれらの開発、製造、性能評価試験を行なっていく。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
コロナ禍での半導体不足でそもそも素子の納品がおくれ、さらに高圧供給回路の製造休止も決まってしまった。それに加え、パルス波形整形回路が必要なくなると期待して開発した、出力パルス波形の細い新型の素子に予期せぬ欠点が見つかった。旧型の素子に戻し、パルス波形整形回路の開発が必要となってしまった分、遅れてしまった。
|
| 今後の研究の推進方策 |
一通りの問題は昨年度末までに解決したつもりである。あとは、１ピクセル分を組み立て、試験し、14ピクセルに拡張していくという、従来の計画通りに進めていく。元々は５台分作る計画であったが、残りの予算や時間も考え、１台だけ作ることにする。１台であったも多くのことが学べ、将来のCTA大口径望遠鏡のアップグレードに役立つはずである。
|
