| 研究課題/領域番号 |
15H02092
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
越智 敦彦 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40335419)
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| 研究分担者 |
増渕 達也 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (20512148)
齋藤 智之 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 助教 (50749629)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 素粒子実験 / 粒子測定技術 / LHC実験 / ATLAS 実験 / MPGD / ガス放射線検出器 / DLC |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、LHC実験の今後の高輝度化へ向けて、ミューオン飛跡検出とトリガ能力を格段に向上させるために導入される新たな検出器「マイクロメガス」を開発・生産・完成させ、物理成果への展開を目指し、また将来有望な検出器について基礎開発を担うものである。平成３０年度は、主に以下の研究を実施した
(1) マイクロメガス用高抵抗薄膜の再生産と品質管理：当初予定されていた約1平米の抵抗薄膜 2000枚分にわたる薄膜の生産は、前年までに終了した。しかし、欧州グループ担当の後段の読み出しボードの生産等が予想以上に歩留まりが悪いことから、600枚以上の抵抗薄膜の再生産が必要となった。そのためこの再生産及び検査を本年度開始し、およそ200枚分の再生と検査を行い、99%以上の歩留まりを達成できた。
(2) CERNにおけるマイクロメガス組み立てと動作テスト：CERNにおいて、マイクロメガス検出器の組み立てが始まったが、初期の動作テストで放電などの動作不良が頻出し、この解決のための研究をCERNにて現地の研究グループと共同で行った。
(3) ミューオントリガシステムの構築：NSW信号を受信して処理するトリガー判定ボードのアルゴリズムの核の部分の実装と試験を行い、実験本番に向けて最終的なシステムに仕上げた。特に実験中の通信エラーを抑制する機構を開発し、ボード間のデータ通信試験多重化による通信プロトコルの最終調整を行った。
(4)High rate 環境下の検出器動作に関する基礎研究：
将来のHL-LHCを想定した新たな検出器として、DLCを高抵抗陰極として用いたMPGDの開発を行い、多層基板技術との組み合わせで生じる問題点の解決を行った。また絶縁層にセラミックを用いた新たなタイプのμ-PIC検出器の開発も行い、基本動作確認まで行った。これらの検出器を用いたビームテストをCERNにて行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
マイクロメガス検出器の重要部品である高抵抗ストリップ薄膜の量産 (stage 1)は2017に終了し、歩留まり95％以上の品質を達成したものの、2018年度、ヨーロッパが担当している後段の読み出しボードの生産・検出器のアセンブリで予想以上に悪い歩留まりであったため、量産Stage 1で作製した20%のスペアでは足りないことがわかり、約600枚の高抵抗ストリップ薄膜の追加量産(stage 2)をする必要がでた。本年度はこの追加分の薄膜の生産・検査を行う必要があった。
また、量産Stage 2を完了するためにはカーボンペーストが不足していたので、カーボンペーストも再購入する必要が出てきた。量産前にテスト印刷をし、抵抗値がスペックの範囲内にあり、印刷後の強度や中に含まれる物質に以前のペーストと違いがあるかを CERNにて検査したが、このペーストについて、供給元の企業の工場が移転したことなどから十分な品質と確認できるものがなかなか入手できない状態が続き、再生産に関してのスケジュールが若干遅くなった。
一方、ミューオントリガシステムの構築では、検出器の読出しチップとなる最上流のLSI (VMMチップ)の開発が大きく遅れており、2018年度に予定されていたVMMチップを用いた検出器との接続試験も遅れることとなった。このため、VMMチップ関連の予算は 2019年に繰り越しすることとなり、翌年度中にチップを入手し試験研究を行うことを予定した。しかし、結果的にはさらに開発が遅れ、VMMチップそのものの供給予定が2020年にずれ込んだことから、本研究課題で実施可能なものとして、任意信号発生器等を用いた疑似信号による試験を行わざるを得なかった。
以上より、研究の進捗状況は、ほぼ全て外部状況に起因するものとは言え、やや遅れているとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究課題は繰り越しを行ったために、2019年度に終了しており、これは本研究課題の最終年度にも重なるため、本研究課題自体は終了しているが、一方で今後行うべき研究の方向性も明らかになってきた。
まず、マイクロメガスの高抵抗ストリップ薄膜の量産の追加分についてだが、2018年度中は新規の抵抗ペーストの入手が滞っており、2019年度にも量産と検査が行われることになった。これについては、2019年度の予算で研究実施しているためそちらの報告書に記入する。
次に、トリガーシステム構築のための、VMMチップの導入についてだが、これについては本研究課題を2019年に繰り越してもなお実現できず、信号エミュレーション止まりであった。この研究は、今後実機のATLAS導入に渡って必要であるために、新たな研究テーマとして立ち上げる必要があるであろう。
また、High rate 環境下の検出器動作に関する基礎研究では、現在のマイクロメガス開発でも大きな問題となっている放電を抑制するために、放電現象を抑制する方向（抵抗電極の開発）と放電で破壊されない素材を用いた開発（セラミックの利用）で研究開発を進めており、それぞれで将来に有望な基礎的な結果が出てきている。今後これらの検出器開発も新たなテーマとして立ち上げ、推進していく必要があろう。
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