宇宙マイクロ波背景放射観測のための超伝導ミラーの開発

宇宙微波背景辐射观测超导镜研制

• 批准号: 22H01256
• 负责人: 梅森 健成
• 金额: $ 11.4万
• 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01256/
• 关键词: 宇宙マイクロ波背景放射; 超伝導ミラー; ニオブ; ニオブスズ; 超伝導; 宇宙背景放射

本研究は、宇宙マイクロ波背景放射観測に用いられる集光ミラーの超伝導化により、偏光分布測定における測定精度向上の実証を行うものである。偏光測定システムの確立と超伝導ミラーの開発が研究の骨子となる。偏光測定システムの整備について、まずは通常の金属ミラーによって生成される偏光を高いS/N比で測定できるシステムの準備を進めた。GM冷凍機を用いて電波吸収体を15K程度に冷却し、吸収体から発生する信号を常温の金属ミラーを用いて反射し検出器に入射する。低温検出器は偏光に感度のあるコルゲートホーンにHEMTアンプと検波器を接続した簡易的な構成ではあるが、Low noise factory社のHEMTアンプを用いて現行のCMB実験用検出器にもひけを取らない感度を実現している。一方でデータ収集系に起因する予期せぬ過剰ノイズがデータに混入しなかなか高いS/N比を得る事が出来なかったが、PINスイッチを用いて1/fノイズを低減し、常温部にもHEMTアンプを設置するなどして、金属ミラー由来の偏光をクリアに検出し、整備を完了した。超伝導ミラーの開発は、ニオブとニオブスズを採用する予定である。ニオブは材料を購入してある。ニオブスズは薄膜生成の研究を進める必要があり、ブロンズ法による開発を進めている。熱間圧延や熱間プレス等を活用して、薄いニオブ箔とブロンズ（Cu-Sn）板を貼り合わせたクラッド材の作製を進めた。その後、650℃～750℃の比較的低い温度で拡散熱処理し、ニオブとブロンズの界面反応で緻密な組織を呈したニオブスズ膜の生成を試みる。さらに、クラッド材表面の鏡面研磨や曲面加工等の附帯技術もあわせて検討し、Nb3Sn超伝導ミラーを塑性加工法で簡便に作製するための基盤技術の開発を進めている。

本研究旨在展示通过使用于宇宙微波背景辐射观测的聚焦镜超导来提高偏振分布测量的测量精度。研究重点是偏振测量系统的建立和超导镜的研制。关于偏振测量系统的准备，我们首先准备了一个可以高信噪比测量普通金属镜产生的偏振光的系统。使用GM制冷机将无线电波吸收器冷却至约15K，并且使用室温金属镜反射从吸收器产生的信号并入射到检测器上。尽管低温探测器的配置很简单，即HEMT放大器和探测器连接到对偏振敏感的波纹喇叭，但它使用了Low Noise Factory制造的HEMT放大器，与当前的CMB实验探测器相当。达到前所未有的灵敏度。另一方面，数据采集系统会导致意外的过多噪声混入数据中，从而难以获得高信噪比。但是，通过使用 PIN 开关来降低 1/f 噪声，可以实现即使在室温下也能获得高信噪比通过安装HEMT放大器，我们能够清楚地检测到来自金属镜的偏振光，并且完成了维护。超导镜将使用铌和铌锡开发。我已经购买了铌材料。有必要推进铌锡薄膜形成的研究，我们正在利用青铜法进行开发。通过热轧和热压，我们开始生产由薄铌箔和青铜（Cu-Sn）板粘合而成的熔覆材料。之后，在650℃至750℃的相对低温下进行扩散热处理，并尝试通过铌和青铜之间的界面反应来生产具有致密结构的铌锡膜。此外，我们还在考虑镜面抛光和包层材料表面曲面加工等附加技术，并正在开发利用塑性加工方法轻松制造 Nb3Sn 超导镜的基础技术。