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Optical measurement system for Belle II TOP counter quartz radiator (in Japanese) / Naoto Kiribe [BELLE2-MTHESIS-2019-017] Presented on 01 02 2013 MSc
2013 Nagoya university / Nagoya
2016 年開始予定のBelle II 実験は、B 中間子の稀崩壊現象を調べることで、標準理論を超える物理の探索を行うことを目的とした素粒子実験である。私は、Belle II 実験でK= 識別を担う粒子識別装置TOP カウンターの研究開発を行っている。TOP カウンターは、石英輻射体やフォーカシングミラーなどの光学素子と光検出器MCP-PMT から構成される。荷電粒子が石英輻射体内を通過する際に発生するチェレンコフ光を光学素子内で伝播させ、そのリングイメージをMCP-PMT で検出し、粒子識別を行う。私は、その中でも石英輻射体の製作、検査システムについて研究を行った。現在、全16 機のTOP カウンター量産のための石英輻射体の製造が始まっている。粒子識別の能力は、検出される光子数の1/2 乗に比例するため、各輻射体に対して、内部透過率98.5 ％/m、内部表面反射率99.9 ％などが要求される。私は、レーザーとフォトダイオードを用いた測定システムを開発した。レーザーの光路を分割し光量モニターを導入することで、十分なレーザー光量測定精度±0:2 ％を実現した。これにより、試作石英輻射体が、内部透過率、内部表面反射率の要求性能を満たすことを確認した。さらに、量産に対応すべく、測定システムの自動化を行った。レーザーの光路は、石英輻射体表面のゆがみの影響を受けて変化する。したがって、フォトダイオード応答の位置依存性を理解し、各レーザー入射位置に対しフォトダイオード位置をスキャンする事で、自動化を実現した。石英輻射体表面に欠けがあると、光子の損失や散乱が発生する。石英のような透明体の欠けは写真に写りにくく、試作石英輻射体に対しては測定されなかった。私は、同軸落射照明を用いる事で、欠けを写し出す撮影システムを構築した。また、O(0:01) mm2 の精度で欠けの大きさを測る画像解析法を示した。 TOP カウンターを構成するためには、２つの石英輻射体とフォーカシングミラーを相対角度0.2 mrad 以下で接着する必要がある。私は、オートコリメータやレーザー変位計を用い、相対角度を O(0:01) mrad で制御可能なシステムを構築した。また、接着剤の吐出量制御装置を導入し、気泡の発生を防いだ。結果として、実機サイズの試作石英輻射体に対して接着を成功させた。以上により、実機石英輻射体の接着の準備が整った。本研究により、石英輻射体の量産における内部透過率、内部表面反射率、欠けの評価の準備が整った。また、接着のシステム・手法を構築した。
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