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超伝導光検出器を用いた液体ヘリウムTPCの開発と軽い暗黒物質の探索

研究課題

研究課題/領域番号 26287047
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関岡山大学

研究代表者

石野 宏和  岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (90323782)

研究分担者 山森 弘毅  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00358293)
研究協力者 山田 要介  
喜田 洋介  
秀平 直人  
樹林 敦子  
神代 暁  
平山 文紀  
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018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)
2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2014年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
キーワード暗黒物質 / 超伝導検出器 / 周波数領域多重化 / 力学的インダクタンス / 液体ヘリウム / TPC / 軽い暗黒物質 / 宇宙物理 / ヘリウムTPC
研究成果の概要

軽い暗黒物質が液体ヘリウム原子を散乱することによって発生する深紫外線光を高効率で検出する超伝導技術を用いた光センサーの開発を行った。1cm角のシリコン基板に50個の検出器アレイを約3%の一様性で作製する手法を確立した。10μ秒のパルス信号について20個の検出器素子を1本の配線で読み出すことに成功した。検出器感度を測定し、条件を整えることができれば、液体ヘリウムを用いた暗黒物質探索は可能であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果とし得られた大面積かつ高感度で極低温で作動する超伝導光検出器とその読み出しシステムは、本研究の主題である軽い暗黒物質探索のみならず、X線・γ線・中性子線といった放射線の高精度測定にも転用することができ、学術的波及効果は大きいと考える。半導体検出器では不可能であった可視光のみならず赤外線から紫外線の幅広い波長領域での量子イメージングを単一技術で可能となるので、社会的意義も大きいと考える。

報告書

(6件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] 等間隔共振周波数を目指したニオブ製集中定数型力学インダクタンス検出器の設計と制作の改善2019

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介、石野宏和、山森弘毅、平山文紀、神代暁、樹林敦子、佐藤伸明
    • 雑誌名

      低温工学

      巻: 54 号: 1 ページ: 33-36

    • DOI

      10.2221/jcsj.54.33

    • NAID

      130007596480

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frequency-Domain Multiplexing Readout with a Self-Trigger System for Pulse Signals from Kinetic Inductance Detectors2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamada, H. Ishino, A. Kibayashi, Y. Kida, N. Hidehira, K. Komatsu, M. Hazumi, N. Sato, K. Sakai, H. Yamamori, F. Hirayama, S. Kohjiro
    • 雑誌名

      Journal Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 3-4 ページ: 518-524

    • DOI

      10.1007/s10909-018-1911-6

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発2016

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介、石野宏和、樹林敦子、山田要介、小松国幹、秀平直人、羽澄昌史、佐藤伸明、山森弘毅、平山文紀、神代暁
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: Vol. 116 No. 269 ページ: 13-18

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 超伝導検出器KID用高速多重同時読み出しシステム2016

    • 著者名/発表者名
      山田要介、石野宏和、樹林敦子、喜田洋介、小松国幹、羽澄昌史、佐藤伸明、酒井和弘、神代暁、山森弘毅、平山文紀
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: Vol.116 No.269 ページ: 19-24

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 超伝導検出器KID用読み出しシステムーホモダイン形式によるパルス多重読み出し論理回路の開発ー2015

    • 著者名/発表者名
      山田要介、石野宏和、樹林敦子、喜田洋介、舟木巧、羽澄昌史、佐藤伸明、神代暁、山森弘毅、平山文紀、酒井和弘
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: Vol. 115, No.242 ページ: 41-45

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発2015

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介、石野宏和、樹林敦子、山田要介、舟木巧、羽澄昌史、佐藤伸明、神代暁、山森弘毅、平山文紀
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: Vol. 115, No. 242 ページ: 53-56

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of Microwave Kinetic Inductance Detectors for phonon and photon detections2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ishino, A. Kibayashi, Y. Kibe, Y. Yamada, A. Okamoto, Y. Kida, M. Hazumi, N. Sato, H. Watanabe
    • 雑誌名

      PoS(TIPP2014)

      巻: 090 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] フォノン・フォトン検出用kinetic Inductance Detectors2014

    • 著者名/発表者名
      石野宏和、樹林敦子、山田要介、岡本晃範、喜田洋介、羽澄昌史、佐藤伸明、神代暁、山森弘毅
    • 雑誌名

      信学技報 IEICE Technical Report

      巻: SCE2014-42 ページ: 43-47

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(7)2018

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学科
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた暗黒物質探索2018

    • 著者名/発表者名
      石野宏和
    • 学会等名
      アクティブ媒質TPC開発座談会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(6)2018

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学科、春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の性能評価(3)2018

    • 著者名/発表者名
      秀平直人
    • 学会等名
      日本物理学科、春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた暗黒物質探索2018

    • 著者名/発表者名
      石野宏和
    • 学会等名
      日本物理学科、春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(4)2017

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会、春季大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器LEKIDの性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      秀平直人
    • 学会等名
      日本物理学会、春季大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Study on Lumped Element Kinetic Inductance Detectors for Light Dark Matter Searches Using Liquid Helium2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kida
    • 学会等名
      30th International Symposium on superconductivity
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(3)2017

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(5)2017

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会、秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の性能評価(2)2017

    • 著者名/発表者名
      秀平直人
    • 学会等名
      日本物理学会、秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of Lumped Element Kinetic Inductance Detectors for Light Dark Matter Searches using Liquid Helium2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kida
    • 学会等名
      Low Temperature Detector 17
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた暗黒物質探索2017

    • 著者名/発表者名
      石野宏和
    • 学会等名
      CRCタウンミーティング
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of LEKID detectors for Light Dark Matter Searches using Liquid Helium2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kida
    • 学会等名
      29th International Symposium on Superconductivity
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of superconducting Detectors for Dark Matter Searches using Liquid Helium2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ishino
    • 学会等名
      29th International Symposium on Superconductivity
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Kinetic Inductance Detectors to search for dark matter2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ishino
    • 学会等名
      The 3rd International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2016-11-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導検出器KID用高速多重同時読み出しシステム2016

    • 著者名/発表者名
      山田要介
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      東北大学電気通信研究所
    • 年月日
      2016-10-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(2)2016

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      東北大学電気通信研究所
    • 年月日
      2016-10-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(3)2016

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会、秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導検出器KID用パルス多重同時読み出しDAQシステムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      山田要介
    • 学会等名
      日本物理学会、秋季大会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発(2)2016

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Development of a readout system of Kinetic Inductance Detectors with FPGA self-triggering for pulsed events2015

    • 著者名/発表者名
      Yousuke Yamada
    • 学会等名
      B mode from Space
    • 発表場所
      Kavli IPMU
    • 年月日
      2015-12-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Lumped Element Kinetic Inductance Detectors for light detection2015

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Kida
    • 学会等名
      B mode from Space
    • 発表場所
      Kavli IPMU
    • 年月日
      2015-12-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microwave Resonator, Frequency Domain Multiplexing, SQUID, Transition Edge Sensor, Microwave Kinetic Inductance Detector2015

    • 著者名/発表者名
      Hirotake Yamamori
    • 学会等名
      28th International Symposium on Superconductivity, ISS 2015
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2015-11-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超伝導検出器KID用読み出しシステム ~ ホモダイン形式によるパルス多重同時読み出し論理回路の開発 ~2015

    • 著者名/発表者名
      山田要介
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2015-10-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器(LEKID)の開発2015

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2015-10-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導検出器KIDの周波数駆動多重読み出しシステムの開発2015

    • 著者名/発表者名
      山田要介
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 軽い暗黒物質探索用液体ヘリウムTPCに用いる超伝導検出器の開発2015

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      2015-09-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Study on the Lumped Element Kinetic Inductance Detector for Photon Detection2015

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishino
    • 学会等名
      15th International Superconducting Electronics Conference
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2015-07-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 軽い暗黒物質探索に用いる超伝導検出器と液体ヘリウムTPCの開発2015

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] FPGAを用いた超伝導検出器KID(Kinetic Inductance Detector)多重読み出しシステムの開発2015

    • 著者名/発表者名
      山田要介
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] フォノン・フォトン検出用KID2014

    • 著者名/発表者名
      石野宏和
    • 学会等名
      超伝導エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2014-10-16 – 2014-10-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 軽い暗黒物質探索を目指した超伝導光検出器と液体ヘリウムを用いたTPCの開発の概要2014

    • 著者名/発表者名
      石野宏和
    • 学会等名
      日本物理学科秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 液体ヘリウムを用いた軽い暗黒物質探索用超伝導検出器の開発2014

    • 著者名/発表者名
      喜田洋介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] FPGAを用いた超伝導検出器KID(Kinetic Inductance Detector)用データ収集システムの概要2014

    • 著者名/発表者名
      山田要介
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      佐賀大学
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Development of Microwave Kinetic Inductance Detector for phonon and photon detections2014

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishino
    • 学会等名
      Technology and Instrumentation in Particle Physics 2014
    • 発表場所
      Amsterdam
    • 年月日
      2014-06-02 – 2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2020-03-30  

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