全空乏型高精細画素CCDを用いたバーテックス検出器の開発研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17540282
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 杉本 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (70196757)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮本 彰也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (50174206) ; 長嶺 忠 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30212111)
• Keywords: 素粒子実験 / 放射線、X線、粒子線 / CCD / 放射線耐性 / リニアコライダー / バーテックス検出器

Research Abstract

リニアコライダー(ILC)における実験での使用を念頭においた、全空乏型高精細画素CCDを用いたバーテックス検出器の開発研究が本研究の目的である。平成17年度には、標準的な画素サイズの全空乏型CCDの特性の研究、高精細画素CCDをILCのバーテックス検出器として用いた場合の解析方法のシミュレーションによる研究、およびCCDの放射線耐性の試験の準備を行った。
全空乏型CCDを用いることによって中性領域での電荷の分散がなくなり、ヒットするピクセルの割合を下げられると期待される。一方、磁場中に置いた場合、全空乏型だと信号電荷は電場の方向に対して有限の角度(ローレンツ角)を持って移動する。これらの特性を調べるためのレーザーを用いた測定システムの開発を行った。
高精細画素CCDをILCのバーテックス検出器として用いた場合、ヒットするピクセルの割合は下げられてもなおビームバックグラウンドによるヒットの密度は40/mm^2程度になると予想され、そのままでは粒子の飛跡再構成の効率が悪化する恐れがある。我々は高精細画素の特徴を生かしてヒットのクラスターの形状の違いからバックグラウンドヒットだけを効率的に排除する方法を考案し、シミュレーションによってその有効性を明らかにした。
ビームバックグラウンドはCCDに放射線損傷を与える可能性がある。CCDの場合、特に放射線損傷による電荷転送損失(CTI)の増加が問題となる。CTIは転送クロックの周波数、パルス幅、および振幅に依存すると予想されている。この予想を確認し、十分な放射線耐性を持つことを明らかにするため、新たなクロックドライバー回路の開発を行った。