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気液2相式液体アルゴンTPC用cryogenic electronicsの開発

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 21H00084
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
研究機関大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構

研究代表者

岸下 徹一  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80789165)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード液体アルゴンTPC / ASIC / ニュートリノ実験 / エレクトロニクス / 低温 / CMOS / TPC
研究開始時の研究の概要

本研究では、ニュートリノ実験用の次世代大型液体アルゴンTPCの早期実現を目的として、87 Kという液体アルゴン温度で動作するcryogenic electronicsを自分たちの手で設計・開発できる環境を確立する。

研究実績の概要

本研究の目的は、ニュートリノ実験への応用を目指して、液体アルゴン温度で動作するcryogenic electronicsの開発を行うことである。令和4年度の研究では、液体アルゴンTPC用の実機読み出し回路として、信号増幅回路などのアナログ回路だけでなく、メモリを含むデジタル回路と組み合わせたアナログ・デジタル混載型フロントASICを製作した。実際の回路設計では、KEKにある小型液体アルゴンTPCを読み出すことを想定して、外部トリガー信号や連続読み出しにも対応できる機能を追加した。また令和3年までの研究で使用したSilterra社の180 nm CMOSプロセスが利用できなくなったため、代替プロセスとしてTSMC社の180 nm CMOSプロセスを使用して設計を行なっているが、プロセスマイグレーションでアナログ性能が劣化しないように、回路シミュレータを用いて2つのプロセスでトランジスタパラメータの違いが雑音性能にどのように影響するかを詳細に検討し、低温環境におけるトランジスタの閾値電圧の変化にも耐えうるような仕様としている。それと並行してトランジスタ単体の電流・電圧特性をTSMC社のプロセスでも調査するためのテストチップを試作した。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 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)

  • [雑誌論文] Performance study of a 3×1×1 m<sup>3</sup> dual phase liquid Argon Time Projection Chamber exposed to cosmic rays2021

    • 著者名/発表者名
      Aimard B. et al.
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 16 号: 08 ページ: P08063-P08063

    • DOI

      10.1088/1748-0221/16/08/p08063

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 位置有感生体組織等価比例計数箱 PS-TEPCの小型軽量モデルの開発2023

    • 著者名/発表者名
      窪田 雅弓
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] LTARS搭載の信号読み出しボードの開発~GRAMS実験への応用~2022

    • 著者名/発表者名
      清水 虎冴
    • 学会等名
      MPGD & Active媒質TPC2022研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 次世代液体アルゴンTPC用信号読み出しエレクトロニクスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      壽 和幸
    • 学会等名
      MPGD & Active媒質TPC2022研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ実験に向けた液体アルゴンTPC用コールドエレクトロニクスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      岸下徹一
    • 学会等名
      日本物理学会2022年春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of Low Temperature Analog Readout (LTARS2018) for LAr-TPC2021

    • 著者名/発表者名
      Takuto Kosaka
    • 学会等名
      TIPP2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液体アルゴンTPC用信号エレクトロニクスの低温性能向上のための開発2021

    • 著者名/発表者名
      小坂琢人
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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