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修士論文発表会2019 大塚 竣太

『KamLAND2検出器に向けた新型読み出し回路の
アナログ部の最適化とデジタルBLRの実証』

修士課程2年 大塚 竣太

論文概要

ニュートリノ振動の発見により, ニュートリノが質量を持つことが明らかになり,ニュートリノがマヨ ラナ粒子である可能性が指摘された。 ニュートリノのマヨラナ性を証明する唯一現実的な方法がニュート リノを伴わない二重ベータ崩壊の発見である。 我々, ニュートリノ科学研究センターでは, 巨大液体シンチ レータ検出器 KamLAND の中に二重ベータ崩壊核である 136Xe を溶かした液体シンチレータを保持す るナイロン製のバルーンを導入することによって, ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の探索実験を 行っている。 これが KamLAND-Zen 実験であり, 現在ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の半減期 に対して世界でもっとも厳しい制限を与えている。検出器の刷新によって, さらなる感度向上を目指す KamLAND2-Zen 実験が計画されている。 高量子効 率の光電子増倍管の導入や集光ミラーの装着, 高発光量の液体シンチレータの使用によって, 集光量を約 五倍にし, エネルギー分解能を向上させる。 また, 老朽化の進む現行の読み出し回路に代えて, 高度な信号 処理を行うことのできる新型読み出し回路を導入する。 新型電子回路の導入によって, 主要なバックグラ ウンドの一つとなる 10 C のタギング効率が大幅に向上することが期待されている。

本研究では新型読み出し回路の実現に向けて, これまでの性能評価で見つかった諸問題をアナログ部の 最適化によって解決した。 また, LTSpice によるシミュレーションによって, 最適化後のアナログ回路の 性能評価を行った。 これらによって, 新型読み出し回路のアナログ部の設計が完了した。加えて, 本研究ではデジタル BaseLine Restorer (BLR) という新機能を考案した。 FPGA による信号 処理と高速 Digital to Analog Converter (DAC) によるフィードバックを用いて, ベースラインの補正を 行う機能である。 FPGA の書き換えによって, 柔軟なベースライン補正をすることができる先進的な機能 である。 追加の基板を作成と FPGA のロジックの実装を行うことによって, デジタル BLR 機能の実証を 行った。

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