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衛星搭載X線SOI検出器を用いた太陽アクシオン地上探索

公募研究

研究領域3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開
研究課題/領域番号 16H00945
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

小貫 良行  東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (40415120)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワードアクシオン / SOI検出器 / 表面実装部品 / Ge検出器 / Geant4 / 低バックグラウンド / リジッドフレキシブル基板 / 回路設計 / 素粒子実験 / 宇宙物理 / 半導体検出器 / Silicon On Insulator / ピクセル検出器
研究実績の概要

本研究の目標であるアクシオン探索実験においてSOIピクセル検出器素子XRPIXの実装基板に含まれる天然由来の放射性同位体からの放射線が主要なバックグラウンドとして観測され検出感度性能を決めてしまうことが前年度研究から分かった。
従来の実装基板はガラスエポキシ基板を使用しており、抵抗やキャパシタなどの表面実装部品が載っている。本年度においては実装部品全ての放射線量をGe検出器で測定した。また、放射線と検出器のフルシミュレーションプログラムをGeant4を用いて開発し、Ge測定結果を入力して仮想実験を行い、アクシオン探索実験の予想到達感度を求めることが出来た。この結果を国際会議HSTD11&SOIPIX2017で発表し、論文雑誌Nucl.Instrum.Meth. Aで論文出版された。
また更なる感度向上にも取り組んだ。測定からガラスエポキシ基板本体とある種の素材を使用したキャパシタが大きなバックグラウンド源になっていることが判明した。ガラスエポキシ基板はガラス繊維を使用しており、ガラスに天然鉱物が多く含まれることからバックグラウンドが多いことが分かっている。キャパシタに関してはバックグランドが少ない代替品を発見することができた。ガラスエポキシ基板に関してはリジッドフレキシブル基板を用いることでバックグラウンドを低減する方法を考案した。この基板はフレキシブルなポリイミド回路基板と通常のガラスエポキシ回路基板が合体した基板でコネクタを介さずに内部で電気的接合されたものである。ポリイミド基板はガラス繊維を含まず、実測においてもバックグラウンドが小さいことが確認できた。このポリイミド回路基板側にXRPIXを実装してガラスエポキシ基板から遠ざけ、その間に鉛の遮蔽体を置くことによりバックグラウンドを従来比で1/1000程度に低減することが可能になる。この基板の回路設計を完成することが出来た。

現在までの達成度 (段落)

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Studies of radioactive background in SOI pixel detector for solar axion search experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Onuki Yoshiyuki、Grimaldo Johnny Alejandro Mora、Ose Tatsuki、Aihara Hiroaki、Inoue Yoshizumi、Kamiya Yoshio、Shimazoe Kenji、Tsuru Takeshi Go、Tanaka Takaaki、Miuchi Kentaro、Takeda Ayaki、Arai Yasuo
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 448-451

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.07.056

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Background Modelling and Pixel Clustering for Low-Background Axion-WIMP Search Pilot Experiment2017

    • 著者名/発表者名
      Alejandro Mora
    • 学会等名
      第72回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 57Feを用いた太陽アクシオン探索に向けたパイロット実験2017

    • 著者名/発表者名
      小瀬樹
    • 学会等名
      第72回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] SOIピクセル検出器XRPIXを用いた太陽アクシオン及び軽い暗黒物質探索実験の開発状況2017

    • 著者名/発表者名
      小貫良行
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] SOIピクセル検出器を用いた太陽アクシオン探索に向けた予備実験の状況報告2017

    • 著者名/発表者名
      小瀬樹
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 素粒子物理実験における低BG半導体検出器開発2017

    • 著者名/発表者名
      小貫良行
    • 学会等名
      電気学会ミニシンポジウム「低レベル放射線(能)測定に関する技術調査専門委員会シンポジウム」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Low background radiation SOI pixel detector for Solar Axion search experiment.2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Onuki
    • 学会等名
      11th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD11) in conjunction with 2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 衛星搭載X線SOI検出器を用いた太陽アクシオン地上探索

    • URL

      http://soipix.jp/b-01-2.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2019-12-27  

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