2015 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙背景ニュートリノの崩壊探索に用いる超伝導赤外線検出器の開発
| Project Area | Unification and Development of the Neutrino Science Frontier |
|---|
| Project/Area Number |
25105007
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
金 信弘 筑波大学, 数理物質系, 教授 (50161609)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武内 勇司 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00375403)
吉田 拓生 福井大学, 工学研究科, 教授 (30220651)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
|
| Keywords | ニュートリノ質量 / 宇宙背景ニュートリノ / 超伝導トンネル接合素子検出器 / 宇宙赤外線背景輻射 / 左右対称模型 / SOI-STJ一体型検出器 / ハフニウムSTJ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，宇宙背景ニュートリノ崩壊を探索するために，25meV程度の遠赤外線光を一光子ごとに2％の精度でエネルギーを測定できるNbとAlを超伝導素材とする超伝導トンネル接合素子（STJ）検出器と分光素子を組み合わせた観測装置の開発を行ってきた。宇宙赤外線観測ロケット実験のために，2015年度にSTJ検出器試作器で性能試験を行い，下記の項目について開発を進めてきた: Nb/Al-STJ検出器試作器の信号ノイズ比を改善するために，STJ直近に設置できる極低温0.4Kで動作するSOI技術を用いた前置増幅器の開発を行い，200kHzの周波数帯まで約50倍の増幅率を有する前置増幅器を作成することに成功した。また，SOI前置検出器基板上にNb/Al-STJを作成するSOI-STJ一体型検出器の設計・製作・性能試験を進めた。低ノイズでの遠赤外線ビーム入射のための装置を製作した。この遠赤外線ビームをNb/Al-STJ検出器に入射して応答信号を観測した。ロケット搭載に向けた0.4Kの3He吸着ポンプ式冷凍機およびデータ通信システムの設計開発を行った。ニュートリノ崩壊探索ロケット実験のシミュレーションを行い，ロケット搭載用極低温遠赤外線観測装置の設計を進めた。
また，将来の赤外線観測衛星搭載に向けて，よりエネルギー分解能の高いHf-STJ検出器の試作器を作成し，性能試験を行い，Hf-STJの作成方法を改善した。
これらの研究成果を国際会議等で報告し，会議での情報交換を検出器開発・実験設計の推進に反映させた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，超伝導赤外線検出器の信号ノイズ比を大幅に改善して，遠赤外線光子を一光子ごとに検出することを目指して開発を進めている。宇宙赤外線観測ロケット実験のに向けて，2015年度にSTJ検出器試作器で性能試験を行い，下記の項目について開発を進めてきた： Nb/Al-STJ検出器試作器の信号ノイズ比を改善するために，STJの直近に設置できる極低温0.4Kで動作するSOI技術を用いた前置増幅器の開発を行い，200kHzの周波数帯まで約50倍の増幅率を有する前置増幅器を作成することに成功した。また，SOI前置検出器基板上にNb/Al-STJを作成するSOI-STJ一体型検出器の設計・製作・性能試験を進めた。低ノイズでの遠赤外線ビーム入射のための装置を製作した。この遠赤外線ビームをNb/Al-STJ検出器に入射して応答信号を観測した。ロケット搭載に向けた0.4Kの3He吸着ポンプ式冷凍機およびデータ通信システムの設計開発を行った。ニュートリノ崩壊探索ロケット実験のシミュレーションを行い，ロケット搭載用極低温遠赤外線観測装置の設計を進めた。
また，将来の赤外線観測衛星搭載に向けて，よりエネルギー分解能の高いHf-STJ検出器の試作器を作成し，性能試験を行い，Hf-STJの作成方法を改善した。Hf-STJに可視光レーザーパルスを入射し，光応答信号を観測した。
これらの研究成果は国際会議での報告および論文として発表し，会議での情報交換を検出器開発・実験設計の推進に反映させた。ホームページを通じて研究状況・成果に関する情報を開示した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
宇宙赤外線観測ロケット実験に向けて，2015年度に引き続いて，STJ検出器試作器で性能試験を行い，下記の項目について開発を進める： Nb/Al-STJ検出器試作器の信号ノイズ比を改善するために，STJ直近に設置できる極低温0.4Kで動作するSOI技術を用いた前置増幅器の開発を続行して，極低温前置増幅器を用いたNb/Al-STJ検出器の性能試験を行い，遠赤外線一光子の検出を目指す。また，SOI前置検出器基板上にNb/Al-STJを作成するSOI-STJ一体型検出器の設計・製作・性能試験を進める。低ノイズでの遠赤外線ビーム入射のための装置を改良して，Nb/Al-STJ検出器に入射して遠赤外線応答信号を用いて性能試験を進める。多チャンネルNb/Al-STJ検出器と分光素子・光学系を組み合わせた赤外線分光装置の開発を進める。ロケット搭載に向けた0.4Kの3He吸着ポンプ式冷凍機およびデータ通信システムの設計開発を進める。ニュートリノ崩壊探索ロケット実験のシミュレーションを行い，ロケット搭載用極低温遠赤外線観測装置の設計を進める。
また，将来の赤外線観測衛星搭載に向けて，よりエネルギー分解能の高いHf-STJ検出器の試作器を作成し，性能試験を行い，Hf-STJの作成方法を改善する。Hf-STJに赤外線レーザーパルス光を入射して信号を検出することを目指す。
勉強会，グループミーティング，研究会等を行って，情報交換を通して知識の向上を図るとともに，検出器開発計画・実験設計を練り上げ，実験準備を進める。研究成果は国際会議での報告および論文として発表し，会議での情報交換を検出器開発・実験設計の推進に反映させる。
|
-
-
-
[Journal Article] Development of Superconducting Tunnel Junction detectors as a far-infrared photon-by-photon spectrometer for neutrino decay search2015
Author(s)
Y. Takeuchi, S. H Kim, K. Takemasa, K. Kiuchi, K. Nagata, K. Kasahara, T. Okudaira, T. Ichimura, M. Kanamaru, K. Moriuchi, R. Senzaki, S. Yagi, H. Ikeda, S. Matsuura, T. Wada, T. Yoshida, S. Komura, K. Orikasa, R. Hirose, Y. Kato, M. Hazumi, Y. Arai et al.
-
Journal Title
Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2015 IEEE International
Volume: 1
Pages: 551 - 555
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
-
[Journal Article] Development FD-SOI MOSFET amplifiers for integrated read-out circuit of superconducting-tunnel-junction single-photon-detectors2015
Author(s)
K. Kiuchi, S. H Kim, Y. Takeuchi, K. Takemasa, K. Nagata, K. Kasahara, T. Okudaira, T. Ichimura, M. Kanamaru, K. Moriuchi, R. Senzaki, S. Yagi, H. Ikeda, S. Matsuura, T. Wada, T. Yoshida, S. Komura, K. Orikasa, R. Hirose, Y. Kato, M. Hazumi, Y. Arai, S. Shiki, M. Ukibe, G. Fujii, T. Adachi, M. Ohkubo, E. Ramberg et al.
-
Journal Title
Proceedings of International Workshop on SOI Pixel Detector, FERMILAB-CONF-15-355-E-TD
Volume: 355
Pages: 1-6
Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
