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。

这项研究证明了通过用于观察宇宙微波背景辐射的聚焦镜的超导性测量的测量精度提高了极化分布测量。建立两极分化测量系统和超导镜的发展将是研究重点。关于制备极化测量系统，我们首先进行了制备可以测量常规金属镜以高S/N比产生的极化的系统。使用GM冰箱将无线电波吸收器冷却至约15K，并使用室温金属镜子反射从吸收剂产生的信号并入射在检测器上。低温检测器具有简单的配置，在这种构型中，极化的瓦楞纸连接了HEMT放大器和检测器，但是使用低噪声工厂的HEMT放大器，它实现了与当前CMB CMB实验探测器相当的灵敏度。另一方面，由数据收集系统混合在数据中引起的意外多余噪声，使得难以获得高S/N比，但是使用销钉开关来减少1/F噪声，在室温部分中也安装了HEMT放大器，从金属镜中检测到偏光光，并完成了维护。计划采用尼伯木和niobium锡。我买了尼伯特的成分。尼宾锡需要在薄膜形成上进行研究，并使用青铜方法进行开发。使用热滚动和热按压，我们开始制造包装材料，这些材料是通过将薄型niobium箔和青铜（CU-SN）板粘合而成的。之后，将膜在650°C至750°C的相对较低的温度下进行扩散热处理，并试图形成由于尼伯群和青铜之间的界面反应而形成具有致密结构的niobium Tin膜。此外，还研究了补充技术，例如镜面材料表面的镜面抛光和弯曲的表面处理，并使用塑料处理方法开发了基本技术来简单制造NB3SN超导镜。