CERN-SPSのビームを用いた飛翔体搭載用解像型カロリーメータの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14403002
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 鳥居 祥二 神奈川大学, 工学部, 教授 (90167536)
• 研究分担者: 山上 隆正 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・大気球センター, 教授 (40013718) ; 吉田 賢二 神奈川大学, 工学部, 助手 (90260984) ; 田村 忠久 神奈川大学, 工学部, 助手 (90271361)
• キーワード: 宇宙電子 / 宇宙ガンマ線 / 電子ビーム / 加速器実験 / VLSI / ASIC / シンチファイバー / 宇宙ステーション

研究概要

この研究では、気球や宇宙ステーションなどの飛翔体に搭載可能な、宇宙線観測装置としての解像カロリメータの開発を目的として、国際共同(仏伊)による検出器の開発とCERN-SPSによるビームテストを行なっている。今年度は、新たにダイナミックレンジの広いアナログASIC(VA32HDER14)をIDEAS社と共同開発し、前年度と同様な検出器を用いて性能テストを実施した。CERNのH6ビームラインで50-100GeVの電子、150GeVの陽子ビームによるテストの結果、ダイナミックレンジに顕著な改善がみられ、十分に実用に耐えるASICが開発できたことが確認された。
さらに、従来はアナログ部分だけであったFECの大幅な設計変更を行い、FPGAとADC(16bit)を実装した回路基板を開発して、低ノイズ(〜1fC)で20pCまでのダイナミックレンジをもつ読み出しシステムを実現できた。この結果、所期の目的であった、1kHz以上の速さで1000MIPs以上のダイナミックレンジを備えた、64アノードPMTによるシンチファイバー読み出しシステムの開発に成功した。このシステムは、実測で64チャンネルあたりの消費電力が300mW程度と極めて省電力であり、我々が宇宙ステーションでの観測を予定しているCALETでの4万チャンネルの読み出しでも、200W程度の電力消費ですむ。したがって、十分に飛翔体搭載性能を備えたシステムの開発が行えたと考えている。
来年度中には、この読み出しシステムのビームテストを再度CERN-SPSなどで実施する予定である。さらに、熱、真空、振動などの環境試験を実施して、スペース実験に用いるための検証を行うことを検討している。

研究成果

• [文献書誌] S.Torii, T.Tamura, K.Yoshida, T.Yamagami et al.: "The Calorimetric Electron Telescope, CALET, Misson for the International Space Station"Proc.of 28^<th> International Cosmic Ray Conference (Tsukuba). Vol.4. 2177-2180 (2003)
• [文献書誌] S.Torii, T.Tamura, K.Yoshida, T.Yamagami et al.: "High Energy Electron Observation by Polar Patrol Balloon Flight in Antarctica"Proc.of 28^<th> International Cosmic Ray Conference (Tsukuba). Vol.4. 2085-2088 (2003)
• [文献書誌] T.Tamura, S.Torii, et al.: "Development of PMT Readout System with Viking Chips for the Scifi Detector of CALET"Proc.of 28^<th> International Cosmic Ray Conference (Tsukuba). Vol.4. 2189-2192 (2003)
• [文献書誌] T.Yamashita, S.Torii, T.Tamura et al.: "Performance of 64-multi-anode Photomaultiplier and Scintillating Fiber for the CALET detector"Proc.of 28^<th> International Cosmic Ray Conference (Tsukuba). Vol.4. 2193-2196 (2003)
• [文献書誌] S.Torii, T.Tamura, K.Yoshida, T.Yamagami et al.: "The CALET, CALorimetric Electron Telescope, Mission for the International Space Station"Nuclear Physics B (Proc. Suppl.). Vol.113. 103-110 (2002)
• [文献書誌] K.Kasahara, S.Torii, T.Tamura, K.Yoshida, T.Yamagami et al.: "Atmospheric Gamma-Ray Observation with the BETS Detector for Calibrating Atmospheric Neutrino Flux Calculations"Physical Review D. Vol.66. 052004(1)-052004(9) (2002)