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。

2021年度，我们主要进行了各种研究以确定μ介子束监测探测器的规格，同时评估了基础技术——SiC半导体传感器的性能。探测器的尺寸、SiC 传感器的尺寸和数量以及处理 SiC 传感器信号的方法等基本规格都是通过仿真设计的。在模拟中，来自 J-PARC 的质子束将入射到 COMET 实验装置上，产生二次 μ 子束并获得有关束流特性的信息。对于获得的μ子束，我们评估了该探测器获得的信号以及该探测器对整个实验造成的影响。该探测器获得的信号量取决于光束强度、光束能量、光束时间结构等，将这些信息聚合并提取为探测器的信号量。次级光束包含μ介子以外的粒子，我们考虑了如何将它们与这些粒子分离，并决定利用每个粒子到达时间的差异来实现这一点。为了评估 SiC 半导体传感器本身，我们创建了一个 1 通道原型并使用它进行了实验。使用密封源的 β 射线照射来研究信号波形、信号增益、施加电压特性等，并且还在 J-PARC 进行了使用 pi 粒子束照射的测量。结果，我们确认通过带电粒子注入获得的 SiC 半导体的信号量足以满足本研究的目的。我们设计并生产了一个前端电路来读取 SiC 传感器的信号。由于光束监测探测器安装的位置距离光束非常近，因此必须具有足够的抗辐射能力。在这项研究中，我们将创建一个基于ASIC（专用集成电路）的电路，预计该电路具有足够的抗辐射能力。我们设计并生产了 ASIC 原型并为其生产了评估板。

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