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修士論文発表会2020 中村 公亮

『KamLAND2 実験に向けた新型フロントエンド回路の研究開発』

修士課程2年 中村 公亮

論文概要

ニュートリノ振動やニュートリノのマヨラナ性の検証においてKamLANDは、大きな成果をあげており、現在は、136Xeを約800kg使用したニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊探索である、KamLAND-Zen800実験がおこなわれている。また、さらなる高感度化を目指してKamLANDを改良する、KamLAND2実験へと向けた技術開発も進んでいる。

KamLANDでは、二系統のデータ収集システムを長年使用しているが、その、どちらのフロントエンド回路も、老朽化による故障と修理部品の生産終了に悩まされている。そこで、KamLAND2実験での運用と、KamLAND-Zen800実験への段階的な導入を目指して、新しいフロントエンド回路と「ソフトウェアトリガー」を使った新しいデータ収集システムの開発が進められている。

本研究では、ファームウェアを中心として新型フロントエンド回路を開発した。ファームウェアは、将来の機能増強を見据え、拡張性と柔軟性を重視した設計とし、シミュレーションと市販の評価用ボードによる実機テストを組み合わせながら開発をおこなった。このファームウェアを、新型フロントエンド回路の試作機に実装し、現行データ収集システムと新型データ収集システムからの要請である「通常時における全ての1光電子以上の信号波形データの取得・転送」・「ミューオン信号後 10μsec以上の波形データの連続取得」・「近傍超新星爆発時のロスのないデータ取得」を満たすことが確認できた。また、デジタル信号処理によるベースライン補正機能も実装し、その効果を実証することができた。

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