Performance upgrade of the background identification in the experiment of the muon rare decay search

μ子稀有衰变搜索实验背景识别性能升级

• 批准号: 21H01117
• 负责人: 深尾 祥紀
• 金额: $ 5.32万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01117/
• 关键词: ミュー粒子; 稀崩壊探索実験; SiC半導体; ビームモニタ; 放射線; シリコンカーバイド半導体; ビームモニター; 耐放射線; シリコン検出器

2021年度では、ミュー粒子ビームモニタ検出器の仕様を決定するための種々の調査を主に行い、並行して基盤技術であるSiC半導体センサーの性能について評価を進めた。検出器の大きさ、SiCセンサーのサイズや数、SiCセンサーからの信号処理の方法など、基本的な仕様をシミュレーションを用いて設計を進めた。シミュレーションでは、J-PARCからの陽子ビームをCOMET実験装置に入射し、二次ミュー粒子ビームを生成し、ビームの性質についての情報を得る。得られたミュー粒子ビームに対し、本検出器によって得られる信号および本検出器によって引き起こされる実験全体への影響を評価した。本検出器で得られる信号量はビーム強度、ビームエネルギー、ビームの時間構造などに依存し、これらの情報を集約して検出器の信号量として抽出した。二次ビームにはミュー粒子以外の粒子も含まれており、それらとの切り分け方法を検討し、粒子毎の到達時間差を利用することで、実現することを決定した。SiC半導体センサーそのものの評価としては、１チャンネルの試作機を制作し、それを用いて実験を行った。密封線源によるベータ線照射を用いて、信号波形、信号ゲイン、印加電圧特性などを調査し、J-PARCにおいてパイ粒子ビーム照射による測定も行った。それにより、荷電粒子入射によって得られるSiC半導体の信号量は本研究の目的として十分であることを確認した。SiCセンサーからの信号の読み出しとして、フロントエンド回路の設計・制作を行った。ビームモニタ検出器が設置される場所はビームに非常に近いため、十分な放射線耐性を持つ必要がある。本研究では、十分な放射線耐性を持つと期待されるASIC（特定用途集積回路）をベースとした回路を制作する。ASIC試作機の設計および制作を行い、そのための評価基板の制作を行った。

在2021财年，我们主要进行了各种调查，以确定MUON BEAM监视器探测器的规格，并且同时我们评估了基本技术SIC SIC半导体传感器的性能。使用模拟设计了基本规格，例如检测器的大小，SIC传感器的大小和数量以及来自SIC传感器的信号处理方法。在模拟中，来自J-PARC的质子束入射在彗星实验仪器上，产生了次级MUON光束，提供了有关光束特性的信息。评估了所得的兆束，以评估检测器获得的信号和检测器引起的总体实验效应。该检测器获得的信号量取决于光束强度，梁的能量和光束的时间结构，并收集并提取信息作为从检测器中的信号量。次级光束还包含除若子颗粒以外的其他颗粒，我们研究了如何将它们与它们分开，并决定通过利用颗粒之间的到达时间差来实现这一点。至于对SIC半导体传感器本身的评估，产生了单通道原型，并使用此过程进行了实验。研究了使用密封源的β辐照，信号波形，信号增益，施加的电压特性等，并使用J-PARC上的PI颗粒辐射进行了测量。这证实，出于本研究的目的，通过带电颗粒的发生率获得的信号足以足够。前端电路的设计和生产是为了读取SIC传感器的信号。安装梁监视器检测器的位置非常靠近梁，必须充分耐辐射。在这项研究中，我们将创建一个基于ASIC（特殊用途的综合电路）的电路，该电路有望具有足够的辐射阻力。我们设计和生产了ASIC原型，并为此目的制作了评估板。

项目成果

COMET Muon モニターへの応用を目的とした SiC センサーの開発

开发应用于 COMET Muon 监视器的 SiC 传感器

• 发表时间: 2021
• 作者: Masayuki Niiyama;藤田陽一
• 通讯作者: 藤田陽一