増幅型液体アルゴン検出器検討のための基礎的研究

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K13490
• 研究機関: 呉工業高等専門学校
• 研究代表者: 笠井 聖二 呉工業高等専門学校, 自然科学系分野, 教授 (70221869)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 増幅型液体アルゴン検出器 / 気体増幅 / マイクロバブル

研究実績の概要

「液体アルゴン中にマイクロバブル（極小バブル）によるネオンガスの疑似溶解状態を実現し、結果的に10～数10倍程度の増幅をおこなう」という液体アルゴン中での増幅の可能性を検証する研究を実施した。検証は、液体アルゴンとネオンガスが混在した状態での、簡単な宇宙線実験とモンテカルロシミュレーションでおこなう予定であり、その準備的研究として、宇宙線実験のための「装置全体の設計」，「バブル発生ノズルの設計・製作」とシミュレーションソフトの開発をすすめた。
装置全体の設計においては、数時間間程度の実験を想定し冷却装置を持たず液体窒素での低温維持を実現するために、液体窒素・液体アルゴン及びネオンガスの充てんや循環方法を中心に検討し装置全体の設計をおこなった。熱の流入の確認などのために、一部、マルチフィジックスシミュレータによるシミュレーションを利用した。市販の断熱容器と組合せた実験装置とし、その一部の製作をおこなった。また、読み出しエレクトロニクスについて、基本的回路の検討と動作確認をおこなった。
バブル発生については、全体の進捗から、ネオン気体のバブルの大きさにこだわらず、簡単なノズルで実現する方法で実施することとした。
シミュレーションについては、素粒子実験分野で広く使われているGEANTの利用を想定し、液体アルゴン検出器を利用した実験グループのシミューレション開発環境についての情報収集などもおこない、開発システムの構築準備をおこなった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新しく研究を開始しため活動においてその研究環境の整備も必要であったこと、及び、所属機関の業務との関係などから、十分な時間とスピードを確保できなかった。
装置細部の決定に時間がかかった。装置のサイズは、宇宙線の反応頻度と関係するため、断熱容器をある程度余裕をもって設計したが、液体窒素による冷却に相当の量・時間が必要なことから実験実施方法での改良が必要と認識された。
また、マンパワーの関係からシミュレーションソフトの開発が遅れた。

今後の研究の推進方策

基本的には、研究計画に沿って研究を実施するが、進捗の遅れを取り戻すために一部研究の実施方法を検討する。装置の冷却に方法については、実験に適した環境が整った他実験施設での実施なども含めて検討する。また、シミュレーションソフトの開発では、他の液体アルゴン検出器の研究グループの成果も取り入れるなどを検討する。

次年度使用額が生じた理由

年度後半において、市販の断熱容器の購入等をおこなうために、前倒し配分をおこなった。装置全体の設計・作成においては、不確定要素も多く、差額が生じた。また、性能確認の予備テストをおこなうことも考え、経費を確保していたが、予備テストを実施できなかったため、差額が生じた。

次年度使用額の使用計画

差額は、研究実施の組み換などによるためのもので、経費全体に大きな変更が生じたものではない。そのため、全体として今年度の研究実施で使用をおこなえる。