【Belle II 実験】フェーズIII 用の崩壊点位置検出器 (VXD) の準備が本格化〜東京大Kavli IPMUのクリーンルームでSVD第4層の最後のラダー製作が終了〜 - 素核研

# 【Belle II 実験】フェーズIII 用の崩壊点位置検出器 (VXD) の準備が本格化〜東京大Kavli IPMUのクリーンルームでSVD第4層の最後のラダー製作が終了〜

May 29, 2018
Makio

所要時間：約7分

KEKつくばキャンパスでは、国内外の研究者によってSVD全体の組み立て作業が急ピッチで進められている／ KEK IPNS

国が支援するWPI (世界トップレベル研究拠点プログラム) 拠点の一つ、東京大国際高等研究カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU) は5月28日、SuperKEKBプロジェクトのために開発した、シリコンバーテックス検出器 (SVD) の“ラダー(はしご)”と呼ばれる部品19本 (うち3本は予備品) の生産を終了したと発表しました。SVDは、電子・陽電子の衝突で生じるB中間子、反B中間子の崩壊位置を知るため、Belle II 測定器の中心部に設置される崩壊点位置検出器 (VXD) の一部です。3月から始まったPhase II 運転では、VXDの替わりにバックグラウンド測定用のBEAST装置が挿入されており、本番のPhase III 運転前の今秋、両者の入れ替えが予定されています。

Kavli IPMUの樋口岳雄准教授の研究チーム [Kavli IPMU、KEK、東京大学理学系研究科、東京理科大学、東北大学、新潟大学、日本歯科大学、慶北大学 (韓国)、ソウル大学 (韓国)、国立核物理研究所 (イタリア) のスタッフや大学院生が参加] が生産を担当したのは、衝突点のビームバイプを囲むピクセル検出器 (PXD) の上層に設置される四層のSVDのうち、最も外側にあるもので、長さ749ミリ、幅60ミリの金属製の支持体の上に半導体センサー5枚が横に並べられ、その上に電気信号を読み出す集積回路が接着されています。このSVDラダー計16枚を長辺方向に連結して円筒形を作り、衝突点を覆い隠すような構造にしています。

治具で固定されたSVDラダー。Belle II 実験で第4層のラダーは16本使用される

PXDやSVDに使われるシリコンセンサー自体は、専門メーカーに発注しますが、部品までの加工や最終的な組み立てについては、プロジェクトに参画する国内外の各大学や研究所が分担して実施しました。Kavli IPMUは2011年から生産の準備を開始し、研究棟1階にクリーンルームを設置。画像測定器や産業用ロボットなどの機材も揃え、2015年までに製作工程を確立。2016年3月に最初のプロトタイプを完成させ、翌々月から生産工程に入りました。

樋口准教授は「SVDラダーは高価な部品の組み合わせですが、そもそも人の手では高い精度でセンサーを並べることができません。そのため、20以上の治具を開発し、高精度で組み立てる工程を確立しました。期待通りの性能を発揮できると確認してからも、均一な品質の確保に苦労しました」と語ります。

KEKつくばキャンパスでは現在、SVDの残り半分の組み立て作業が大詰めを迎えており、ドイツで製作され、間もなく送られてくるピクセル検出器 (PXD)と合体させることができれば、本番のフェーズ III 運転で使用する崩壊点位置検出器 (VXD) の組み立てが完了することになります。

# 細心の注意を払い、センサーに集積回路を接着

東京大柏キャンパス内にあるKavli IPMUの研究棟。1階の真新しいクリーンルーム(約50平方メートル)内に、クリーンウェアを着用して入ると、IPMUのスタッフや他大学の大学院生など3人が、最後の1本のSVDラダーの製作に取り組んでいました。

Kavli IPMUのクリーンルームで最後の1本の製作が行われた=2018年5月10日、東京大柏キャンパスで

静かな機械音だけが響き、緊張した空気が流れるなか、金属製の作業台の上をのぞくと、五つのセンサーを断熱材で覆ったラダー支持体の上に、集積回路(APV25)を接続したフレッックス基板が置かれており、3人は、カメラで細部を拡大したモニター画像を確認しながら、専用の接着剤を少しずつ塗布する作業を手作業で行っていました。

SVDラダーに塗布した接着剤の広がりを見守る3人

SVDラダーに設置されたセンサーは、大きさが10×６センチほどですが、表に512本、裏に768本の微細なストリップ(縞状の電極)が形成されており、荷電粒子がこのストリップ近くを通過すると電気信号が出るようになっています。表と裏のストリップは十字を描くように直交しており、表面と裏面の電気信号を同時に読み取ることで、粒子がどこを通過したかを二次元的に判定できる仕組みです。この仕組み自体は新しいものではなく、前身のBelle実験にも使われていましたが、Belle II 実験に伴う測定器のアップグレードに伴い、SVDラダーにも設計上の工夫が施されました。

SVDラダーの解体図。読み出し集積回路はセンサー直上に配置。赤丸が表面に折り返されたフレックス基板で、センサー裏面の信号を読み出すための工夫がされている。(図は、Belle II Collaborationの提供)

一つが、電気信号を読み出す集積回路をラダーの両端ではなく、センサーの直上に置くという設計で、”chip on sensor” と呼ばれています。これにより、集積回路までの配線が短くなり、読み取り速度が高速化し、ノイズの抑制にも効果を発揮することがわかっています。

もう一つが、”chip on sensor” となったことにより、必要となった “origami concept” です。表面のストリップはワイヤーボンドによって集積回路とつながっていますが、裏面には集積回路がないため、そのままでは電気信号を読み取れません。そこで、裏面に貼り付けたフレックス基板を折り紙のように折り返し、表面の集積回路に裏面の電気信号が読み取れるように工夫しています。

センサー、フレックス基板、集積回路の三つはワイヤーボンドと呼ばれる微細なワイヤで結ばれますが、それを可能にするのが手作業による確実な接着工程だといいます。KEKにも在籍していたことがある樋口准教授は「ここまで来るには長い時間がかかりましたが、ようやく第四層の16本と予備の3本、合わせて19本を作り終えることができ、ホッとしています」と語りました。

# 関連リンク

## 東京大 Kavli IPMUのプレスリリース

2018年5月28日IPMUプレスリリース Belle II 実験のシリコンバーテックス検出器のラダー製作が遂に完了

## プレスリリース関係

2018年4月26日KEKプレスリリース SuperKEKB加速器で電子・陽電子の初衝突を観測
2018年3月22日KEKプレスリリース「SuperKEKBプロジェクト」加速器が本格稼働しました
KEK関連写真・図などのアーカイブ

## ニュース・特集など

2018年4月26日IPNSニュースプレスリリース「SuperKEKB加速器で電子・陽電子の初衝突を観測－Belle II 測定器による実験がスタート－」
2018年4月20日IPNSニュース KEK × niconico生放送・第二弾「《世界最強加速器SuperKEKB》電子と陽電子の初衝突を見守ろう！」がスタート
2018年3月23日IPNSニュース SuperKEKB加速器が本格稼働　いよいよBelle II 測定器での衝突実験へ
2018年3月16日IPNSニュース　Belle II 測定器のある筑波実験棟の見学者が年間1万人超える 富山県立高岡高校の一行に記念品を贈呈
2018年2月23日IPNSニュース　Belle II 実験に参加のイスラエル駐日大使が訪問　筑波実験棟に国旗を掲げる
2018年2月14日IPNSニュース　【Belle II 実験】Belle II 測定器のエンドヨークが閉じられ、Phase II 運転の準備整う
2018年1月26日IPNSニュース　【Belle II 実験】衝突点用超伝導電磁石(QCS)を挿入し、衝突点ビームパイプと接続 遠隔真空接続(RVC)が機能
2017年11月18日IPNSニュース 【Belle II 実験】BEAST装置を測定器本体の中心部に挿入　試験運転に向けた準備が本格化
2017年11月1日IPNSニュース 【Belle II 実験】BEAST装置の機能試験が始まる　11月中下旬にBelleⅡ本体へ
2017年10月3日IPNSニュース　フランスがBelleⅡに正式参加 TYLを通じた地道な交流が結実
2017年9月1日IPNS特集高ルミノシティ加速器/測定器で新しい物理法則を探す〜Belle、Belle II グループの取り組み

## プロジェクトチームのホームページ

Belle実験
Belle II 実験

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## 新物理を探る Belle Ⅱ実験