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ガス冷却でつくる広帯域・高透過率なCMB光学系-反射防止のいらない断熱フィルター

公募研究

研究領域なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 -
研究課題/領域番号 18H04363
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
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2019)
国立研究開発法人理化学研究所 (2018)

研究代表者

小栗 秀悟  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (20751176)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード宇宙物理 / CMB / 光学フィルター
研究実績の概要

宇宙背景放射 (CMB) に含まれる偏光信号パターン「Bモード」を観測することは、インフレーション宇宙論を実験実証する有力手段である。Bモードは微弱であるため、多ピクセルの電波用超伝導検出器を用いて高統計分析する。その際に問題となるのは、電波を取り入れる窓からの放射熱(赤外線)の侵入である。CMB望遠鏡の高感度化は、赤外線を選択的に遮断する断熱フィルターの開発と切っても切れない関係にある。
本研究では、まったく新しい冷却手法であるガス対流冷却式断熱フィルターの開発を行った。従来の大型の断熱フィルターは、熱伝導を用いた冷却方法が主流だが、熱伝導性が悪い物質を用いる場合は断熱フィルターを一様に維持するのは困難である。本研究の主眼は、このフィルターとしての材料と、冷却手法を切り分ける、という点にある。フィルターをヘリウムガスで充満させた容器に封入し、このガスの滞留によってフィルターを冷却する。こうすることで、フィルターの材質にかかわらずに高い冷却能力を持たせることが可能になる。
本研究の大きな課題は、どのように真空中でヘリウムを保持するか、である。フィルターとしての特性上、電波の通り道を容器が遮るわけにはいかないので、風船のような構造で、薄いフィルムで封入する。初年度は、検証用の容器を作成して、一面のみミクトロンというフィルムを用いて、1気圧のヘリウムガスを真空下で保持することに成功した。当該年度はこれを発展させて、実際に使用可能なフィルターを製作した。向かい合わせにフィルムの窓を用意し、その内部のヘリウムを封入する。また、今回は容器の体積を少なくし、フィルムの膨らみや萎みを積極的に活用することで、ガス圧によるストレスを軽減する設計に変更した。断熱フィルターとしての性能を定量的に評価する、というところまでは至らなかったが、ガス冷却式フィルターの技術的な課題を克服することができた。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2020 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (1件)

  • [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Search for hidden-photon cold dark matter using a K-band cryogenic receiver2020

    • 著者名/発表者名
      Tomita N.、Oguri S.、Inoue Y.、Minowa M.、Nagasaki T.、Suzuki J.、Tajima O.
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 号: 09 ページ: 012-012

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/09/012

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of Geomagnetic Shielding for MKIDs Mounted on a Rotating Cryostat2018

    • 著者名/発表者名
      Kutsuma Hiroki、Hattori Makoto、Kiuchi Kenji、Mima Satoru、Nagasaki Taketo、Oguri Shugo、Suzuki Junya、Tajima Osamu
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 3-4 ページ: 203-208

    • DOI

      10.1007/s10909-018-2036-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] GroundBIRD: Observation of CMB Polarization with a Rapid Scanning and MKIDs2018

    • 著者名/発表者名
      Nagasaki T. et al.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 193 号: 5-6 ページ: 1066-1074

    • DOI

      10.1007/s10909-018-2077-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 超伝導検出器搭載の望遠鏡を用いた宇宙マイクロ波背景放射の精密観測2018

    • 著者名/発表者名
      小栗秀悟
    • 学会等名
      第6回RAPシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-12-28  

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