Development of fine pitch pixel readout gas TPC detector for direction-sensitive dark matter search

开发用于方向敏感暗物质搜索的细间距像素读出气体TPC探测器

• 批准号: 21K13943
• 负责人: 東野 聡
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13943/
• 关键词: 暗黒物質; ガス検出器; ピクセル検出器; ASIC; シリコン検出器

本研究では、方向に感度をもつ暗黒物質探索のためのピクセル読み出し型ガスTPCを開発することを目的としている。本来の計画である既存のシリコンピクセル検出器用の読み出しASICの応用から路線変更し、ガスTPC用のASICを新規開発することから該当年度の研究を開始した。ASICの設計開発はKEKのE-Sysグループと協力して実施した。まず仕様の洗い出しと、それを実現する回路設計をKEKグループと入念に打ち合わせをしながら実施した。回路設計とレイアウト設計を終え、7月ごろにASICの製造を開始して10月ごろに完成した。初期バージョンは動作確認のためのプロトタイプという位置付けであったため、ガスTPCには実装せずパッケージングをして動作検証に専念して使用することにした。パッケージングしたASICの動作検証用に、ASICを搭載する専用の読み出し基板と、それを制御するFPGA搭載基板を用意する必要があった。ASIC搭載基板は新規開発を行なった。これもKEKグループと協力して実施し、KEK現地やリモートでの打ち合わせを重ねて開発を行なった。FPGA搭載ボードは、Xilinx社製のSoCであるZYNQを搭載した市販の評価ボードを購入して利用することにした。開発したASIC搭載基板は1月ごろに完成し、外観や電源入力時の漏れ電流値は正常であることを確認した。現在、ZYNQ搭載ボードに実装するファームウェア開発とソフトウェア開発を実施している。ASIC開発を含むピクセル読み出し型ガスTPC開発については、2022年度の日本物理学会で2件報告し、その他国内研究会にて2件報告した。また国際会議で2件、口頭講演を行なった。

这项研究旨在开发具有方向敏感性的暗物质搜索的像素可读气体TPC。相关年份的研究是通过将课程从原始计划更改为使用现有的ASIC用于硅像素探测器的原始计划，并为GAS TPC开发了新的ASIC。 ASIC的设计和开发是与Kek的E-Sys集团合作进行的。首先，我们决定了规格，并设计了通过与KEK组进行仔细讨论来实现这一目标的情况。完成电路设计和布局设计后，ASIC生产开始于7月左右，并于10月左右完成。由于初始版本被定位为用于验证操作的原型，因此我们决定不将其安装在燃气TPC上，而是将其包装以专注于验证操作。为了验证包装的ASIC的操作，有必要准备安装ASIC的专用读数板，以及控制它的FPGA安装板。已经开发了一个新的ASIC安装板。这也是与Kek集团合作进行的，该开发是通过现场和远程会议的重复会议进行的。我决定购买并使用配备Zynq的市售评估板，这是由Xilinx制造的SOC。开发的ASIC安装板在1月左右完成，并确认电源输入正常时的外部和泄漏电流值。目前，我们正在开发固件和软件，将在配备Zynq的板上实施。关于包括ASIC开发在内的像素读取气体TPC的发展，我们在2022年在日本物理学会上报告了两个病例，其他国内研究小组报告了两个病例。他还在国际会议上进行了两次口头讲座。

项目成果

NEWAGE実験72：方向感度を持つ暗黒物質探索のための大型ガスTPC運転状況

NEWAGE实验72：用于定向敏感暗物质搜索的大型气体TPC运行状态

• 发表时间: 2023
• 作者: 杉下宗太郎;平井隼人;Sotaro Sugishita;杉下宗太郎;Sotaro Sugishita;Sotaro Sugishita;東野聡;東野聡
• 通讯作者: 東野聡

陰イオンガスTPCのピクセル読み出し計画

负离子气体TPC像素读出方案

• 发表时间: 2023
• 作者: 東野 聡;身内賢太朗;中山郁香;宮原正也;庄子正剛;田中真伸;房安貴弘
• 通讯作者: 房安貴弘

暗黒物質探索実験に向けた陰イオンガスTPCの動作検証

暗物质搜索实验阴离子气体TPC的运行验证

• 发表时间: 2022
• 作者: 杉下宗太郎;平井隼人;Sotaro Sugishita;杉下宗太郎;Sotaro Sugishita;Sotaro Sugishita;東野聡;東野聡;Satoshi Higashino;Satoshi Higashino;東野聡
• 通讯作者: 東野聡

Development of negative-ion gaseous TPC using micro pattern readout for direction-sensitive dark matter search

使用微图案读出技术开发负离子气态 TPC 用于方向敏感暗物质搜索

• 发表时间: 2022
• 作者: 阿部喬;角田佑介;清水則孝;宇都野穣;大塚孝治;Satoshi Higashino
• 通讯作者: Satoshi Higashino

Directional dark matter search with gaseous detectors

使用气体探测器进行定向暗物质搜索

• 发表时间: 2022
• 作者: Kasai Kentaro;Kawasaki Masahiro;Murai Kai;Kazuharu Bamba;Satoshi Higashino
• 通讯作者: Satoshi Higashino