| 研究課題/領域番号 |
20K15238
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
奥村 拓馬 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (70855030)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 超伝導検出器 / 中性分子検出器 / イオン蓄積リング / 負イオン |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、理研で開発した極低温静電型イオン蓄積リングRICEと超伝導転移端マイクロカロリメータ（TES）を組み合わせて汎用的な中性分子検出システムを開発し、それを用いて宇宙環境下における負イオンの光化学反応の直接観測を行うことである。高分解能X線検出器として開発されているTESを中性分子の検出器として利用するのは世界で初の試みであり、検出システムの開発が本研究で最も重要なステップである。2021年度は前年度に引き続き検出システム開発に取り組み、徹底した輻射対策を講じることで実際の中性分子の信号を捉えることに成功した。
TESは金属が超伝導転移する際の電気抵抗の変化を利用する検出器であり、動作させるためには本体を100 mK以下の極低温に維持する必要がある。X線測定時には検出器前に輻射遮蔽用の窓材を取り付けるが、中性分子検出システムとして利用する際には窓なしで検出器本体への熱輻射の流入を防がなければならない。2021年度は、前年度試験・評価を行ったGM冷凍機付きの輻射シールドに加え、３枚の銅製メッシュを検出器前に設置し、更なる熱対策を施した。さらに、電子サイクロトロン共鳴（ECR）イオン源による既存のイオンビーム発生装置を用いてTES検出器システムに中性分子ビームを導入し、実際に中性分子による信号を捉えることに成功した。一方、検出器システムの性能評価の結果、金属メッシュによる中性分子の反跳の影響で質量分解能が悪化する可能性が明らかになり、現在、金属メッシュに頼らずに、熱輻射のみを効率的に遮蔽する方法を探索している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、前年度開発した接続チャンバーを用いて実際にTESを用いた中性分子検出を試みた。銅製メッシュを複数枚導入することで検出器への熱流入を大きく低減させることに成功し、さらにTESによる中性分子検出の原理実証にも成功した。この点では当初計画よりも順調に研究が進んでいる。一方で検出器の性能評価の結果、予期せぬ質量分解能の悪化が観測され、その原因究明に当初の予定よりも時間がかかってしまった。全体として、多少の遅れはあるものの実験計画はおおむね予定通りに進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は当初計画の通りTESによる中性分子検出の原理実証に成功した。一方、検出器システムの性能評価の結果、当初予期していなかった、銅製メッシュによる中性分子の反跳に起因する質量分解能の悪化が明らかになった。次年度はまず質量分解能向上を目指し、金属メッシュの必要枚数を減らすための輻射フィルタの開発に取り組む。特にマイクロメーターサイズの微小孔を格子状に並べた金属薄膜が赤外線フィルタとして高い性能を有していることに着目し、設計を行う予定である。その後、当初計画の通りRICEと検出器システムを接続し、分子イオンによる化学反応の計測に着手する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画では、本年度中にRICEを用いた光化学反応測定の予備実験に着手する予定であった。しかしながら、本年度実施した中性分子検出システムの性能評価の結果、当初の予想よりも質量分解能が悪いことが分かった。種々の検証の結果、分解能悪化の原因は輻射遮蔽のために複数枚導入した金属メッシュによる中性分子の反跳であることが分かったが、この特定に当初予定よりも時間がかかってしまい、本年度中にRICEを用いた予備実験を行うことができなかった。現状の質量分解能でも実際の光化学反応の測定を行うことは可能であるが、実験結果のクオリティ向上のため、現在、金属メッシュの枚数を減らすための更なる輻射対策法を準備している。次年度はRICEを用いた実験の実施に加え、本年度使用を見送った予算の一部を用いて輻射対策のための新たなフィルタを作製する予定である。
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