R207■談話室*1_L amKK2` aim/2Mi S`Q;`KK2 kyR8 参加報告
東京⼤学⼤学院理学系研究科物理学専攻

周 健治

Fb?m!B+2TTXbXm@iQFvQX+XDT
kyR8 年 U平成 kd 年V Ry ⽉ Rd ⽇R概要

作ることができる。私はそのような検出器の応⽤である，

jy Tb という極めて優れた時間分解能を持ったシリコン

kyR8 年 d ⽉ 8 ⽇から N ⽉ Rk ⽇までの Ry 週間，*1_L

検出器による S1h イメージングマシンの開発と，G>*amKK2` aim/2Mi S`Q;`KK2 に参加した。ヨーロッパ

アップグレードに向けて改良された hGa@_S* の性に加えアフリカ，アメリカ，アジアなどまさに世界中から能テストを⾏った。

来た約 jyy ⼈の学⽣とともに，*1_L で活躍する研究者

kXkXR

S1h イメージングに⽤いるシリコン検出器の開発

らによる講義を受け，実際に進められている研究プロジ

S1h イメージングでは，陽電⼦対消滅による k つの γ

ェクトに携わるといった活動を⾏った。私は，シリコン線到達時間差から放射性薬剤を吸収したがん細胞などのセンサーによる時間分解能の優れた検出器を⽤いた k つ位置を再構成するため，時間分解能の優れた γ 線検出器のプロジェクトに従事した。滞在の様⼦なども含め，活を⽤いることが必要となる。そこで，前述のように時間応動内容を報告する。

答の速いシリコン検出器を⽤いた S1h イメージングマ

k活動内容

シンが開発されている。このように優れた時間分解能をkXR

講義達成するには，信号の⽴ち上がりが速いことに加え，タイミング測定⽤電圧しきい値を越える時間のばらつきをプログラムの前半，e ⽉下旬から 3 ⽉上旬にかけて，午抑えるために，低ノイズのアンプを合わせて開発する必前中 JBM m/BiQ`BmK にて講義が開講された。標準模要がある。私は，プロトタイプエレクトロニクスの性能型から新物理まで，検出器や統計処理といったような実テスト，テスト結果を踏まえたエレクトロニクスの再デ験的内容も含め幅広くカバーされ，良く準備されていた。

ザインを⾏うといったような，初期開発に参加した。

さらには素粒⼦原⼦核実験で培った技術を応⽤した放時間分解能に直結するパラメータとして，1[mBpH2Mi

射線治療や S1h イメージングについても講義がなされ，

LQBb2 *?`;2U1L*V がある。これはノイズレベルと同等*1_L の活動範囲の広さに改めて驚いたものである。数の⼤きさをもつシグナルを出⼒するのに必要な電荷を表ある講義の中で特に関⼼をもったのは，G>* における新すパラメータであり，実際のシグナルで得られる電荷量物理探索についてであり，_mM R の結果を踏まえ，始まq * を⽤いると，aL ⽐を S/N = q/qe /1L* と計算できったばかりの Rj h2o における _mM k での展望が⽣き⽣Riseる R 。時間分解能は tS/N（tRise はシグナルの⽴ち上がりきと語られていた。私は G>* 実験とは直接接点のない時間）で決まるため，1L* が⼩さい程時間分解能が良く実験を⾏っていたが，素粒⼦物理における重⼤局⾯であなる。私はまず，ゲイン・ノイズレベルをバイアス電圧る今，G>* _mM k に参加することは魅⼒的ではないか，に対してスキャンすることで，テスト⽤にデザインされと感じることもあった。

たプロトタイプアンプの 1L* を測定した。測定結果は

kXk

図 Rである。バイアス電圧を上昇させることでゲインが研究

シリコンセンサーは，⾶跡トラッキングという⽤途に上昇し，ノイズの相対的な⼤きさが減少している。最も加え，薄い空乏層に⼀様電場をかけキャリア速度を飽和

良い動作点において，jyy 2H2+i`QMb という測定結果が得させることで，時間応答の速い検出器として使⽤するこられた。また，検出器本来の性能を評価するためには，電とができる。このようなセンサーと，⾼速・低ノイズなアンプを組み合わせることで，時間分解能の良い検出器をR qe は電荷素量。

k3000NO shielded2500

shielded

2000
1500
1000

Relative Amplitude

ENC (electrons)

208

図R

Simulation
Experiment(Raw)

0.8Experiment(Shifted)

0.6
0.40.2500012.533.544.55005.5
Vcc (V)

バイアス電圧を変えていったときの 1L* 測定。

図k1020304050 60 70
Capacitance (pF)

アンプゲイン pb ⼊⼒キャパシタンス。縦軸は，シミュレーションにおいて⼊⼒キャパシタンスを y

⼊⼒シグナルが⼩さいため，電磁ノイズが問題となる。としたときのゲインに対する⽐。横軸は，⿊丸凡例（bBKmHiBQM）ではシミュレーションにて⼊⼒したキャパシタンスを，緑四⾓凡例（1tT2`BK2MiU_rV）で磁ノイズの影響を抑えるために，エレクトロニクスをフは実際に追加したキャパシタンスを表す。⾚三⾓凡例

ァラデーケージで覆うことが必要であった。

（1tT2`BK2MiUa?B7i2/V）では，較正後の⼊⼒キャパシタンスの絶対値である。

この実験結果を解釈し，実際にシリコンセンサーと組み合わせた検出器をデザインするためには，プロトタイプアンプの⼊⼒端⼦インピーダンスの効果を評価する必要がある。⼊⼒インピーダンスが⼤きくなると，特にアンプのインピーダンスとのミスマッチが発⽣するため，合わせてデザインを最適化しなければいけない。このようなキャパシタンスの効果を測定するために，アンプ⼊⼒端⼦に⼩さなキャパシタンスを追加していきゲインの変化を測定した。この際，⼊⼒部には元々端⼦などがもつキャパシタンスが存在するため，⼊⼒キャパシタンスの絶対値を較正して求めなければいけない。これは，シミュレーションによってアンプを再現し，シミュレーションと実験におけるゲインのキャパシタンス依存性を⽐較することによって⾏った。計算・測定したゲインのキャパシタンス依存性を図 kに⽰した。実測点がシミュレーションと合うよう⽔平⽅向へ平⾏移動することで，元々存在した⼊⼒キャパシタンスは Ry T6 であると推定された。
これにより，先程述べた jyy 2H2+i`QMb 1L* は⼊⼒キャパシタンス Ry T6 という条件における性能だということが分かった。これはほぼデザイン通りの性能であり，実際に R T6 程度のキャパシタンスをもつシリコンセンサーとエレクトロニクスを組み合わせた場合，kyy 2H2+i`QMb

1L* 程度が期待できる。
以上の測定に加え，シリコンセンサーと組み合わせたエレクトロニクスのデザイン，また，シグナル波⾼により電圧しきい値を越える時間が変わるタイムウォーク効

その他の活動としては，検出器の時間分解能を測定するためのビームテストに向けた準備として，治具・アラインメント機構の制作や解析コードの作成を⾏った。ビームテストは帰国前最終週に予定されていたが，延期となり参加できなくなってしまったのは⾄極残念である。

kXj

⾼ルミノシティ G>* ⽤ hGa@_S* 検出器の性能テスト

S1h ⽤センサーと似たアンプを⽤いた検出器として，
hGa にて k ミューオントリガーに使⽤されている_S* のビームテストに参加した。この試験は，aSa に今年新しく加わった :A6YY というビームラインにて⾏われた。:A6YY は R9 h"[ もの強度をもつ 137 *b 放射線線源を備えており，γ 線⾼放射環境下におけるミューオン検出を評価することができる。このような状況は，予定されている⾼ルミノシティ G>* での測定を模したものであり，テストした _S* はそのような過酷な環境でも使⽤可能となるよう改良されたものである。
私は，ビームラインへの検出器インストール，.Z へ参加し，得られたデータの解析を⾏った。解析では主にミューオンの検出効率を求めた。γ 線の遮蔽強度を変化させつつ測定したミューオンの検出効率@バイアス電圧曲線が図 jである。γ 線強度が⾼くなるにつれ検出効率が低下していくことが分かる。これは，強い放射によりガスに⼤きな電流が流れることで実効的な電圧が下がるた果の補正も含めて期待される時間分解能の評価シミュレーションを⾏った。シミュレーションの結果，⽬標である jy Tb の時間分解能を達成可能と期待できるという結果が得られた。

k 同様の _S* は *Ja でも使⽤されており，われわれは *Ja@_S*，また，JB+`QJ1:a のチームらとともにビームテストを⾏った。

jEfficiency

209

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0closeAtten. 100
Atten. 31.6
Atten. 10
Atten. 3.16

50005500

60006500
Load-HV (V)

図j _S* のミューオン検出効率@電圧曲線。図

図8+HQb2を表し，ii2MX は遮蔽強度を表は放射線源がない状，にいるくれた。向かってす。γ 線強度は最⼤で 3 F>x/+Kk である。

国のる ルガリア ののはイがをる

リスで Ah をって強していで， さに し でいるようであEfficiencyった。

10.9
0.8
0.70.6
0.50.40.30.20.10close
Atten. 100
Atten. 31.6
Atten. 10
Atten. 3.16

図9た検出器の下を，動作時の電流としたのが図9である。γ 線強度によら ほぼ同様の検出効率が得られている。このテストにより，G>* ルミノシティに的には備，コーを⾏ったが，j*1_Lの⽤可能であることが分かった。

をお私も他のいに参加

いというに残っているのは，いあったで⼤いにを分の国パーティーである。

とともにをした。

グループとともにすることがイタリア

るのい，年以あってかったのだが，化へのこだわりが強く，私が週にべたりエスプレッ

コーーをらはピザようになると，でいた様⼦であった。また，*1_L には いオフィスも いのだが，場は今年 R

なも同様にのしいとったもにまれた

適にやり過すことを⽣が参加しけられるようう。今後は *1_L amKK2` aim/2Mi

S`Q;`KK2 で得たや 験を活かし，らかにしていくべく⼒し⼦けたいとのう。にできたばかりの新で，してくださった GQ`2MxQ

SQHQxxB さ ，J`xBQ L2bbB さ ，プログラムにるにあたり，器はイタリア

ǳE2MDB- vQm `2 MQr AiHBM555Ǵ と って私のの*1_L にて Ry 週間私をるーが9する。の々の⽣活のなかでの合上ルデッができた。

その他，時間分解能，シグナルクラスターサイズの評
価

かダーマシンも使い放題と環境であり，d算す

1.5 T#−R b−R といった強い放射環境下においても，_S* は新影。な

グが⾏われている。

測定し値により補正しプロットしオフィスにてにあり，しばしば備えつけられたテー ルでミーティン下を補正した検出効率@電圧曲線。

電圧めである。この電圧ると図e4800 5000 5200 5400 5600 5800
Gas-HV (V)先くださいました，

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