測定器技術の普及もその使命の一つと考え、様々な取り組みをしてきた開発室であるが、 今年度よりは ASEAN 各国の若手研究者・大学院生に対する教育プログラムにも取り組ん でいる。そのきっかけとなったのは、あの震災の衝撃収まらぬ3月 14-18 日、マレーシア・ クアラルンプールのマラヤ大学で KEK の共催で行われた Particle Physics School in South-East Asia である。
そこで新たな試みとしてガスボンベなどの機材を日本より持ち込ったところ、参加した多くの若者(マレーシ ア、ベトナム、インドネシア、タイ)が検出 器や装置に触れることをたいへん喜び、 KEK を訪れて加速器や本格的な機器を扱う ことに強い興味を示してくれた。久しく日本 で接したことのない熱い思いが伝わってき て、感無量であった。

 Micro Pattern Gas Detector(MPGD) は開発室が力を注いでいる２次元ガス放射線計測 器技術であるが、これをテーマとする国際会議（MPGD2011）が８月２９日から９月１日 神戸で開催され、KEK 開発室もその共催研究機関の一つとして協力を行った。今回で２度目のこの会議、現在ガス検出器技術としては最もホッ トな話題とあって、この時期での日本開催というあいにくの条件ながら海外からの参加者 ７０名、国内６０名の総勢１３０名という当初予想を大きく上回る盛況ぶりであった。

図 1 明石海峡大橋をバックに集合写真

会議では、MPGD の構造や製作に関する新しいアイディア、X 線・γ線・可視光や中性 子イメージングへの応用、LHC のアップグレードなど将来の実験装置への応用など多岐に 渡る話題が、すべてプレナリーのセッションのなかで熱心に議論された。測定器開発室関 連の発表で注目されたのは、非金属の導電性素材（カーボン含有ポリイミドや導電性ポリ マー）を電極に用いた MPGD 構造の試作に関する報告である。開発室 MPGD プロジェク トの基礎班と呼ばれる国内グループの連携の中から、導電性カプトンシートを使った GEM （理研・CNS）、カーボン含有ポリイミドレジンを使った-PIC（神戸大）や GEM（KEK）、 導電性ポリマーを用いた GEM（KEK）などの発表が行われた。これらはいずれも、
1. 銅箔などの金属を用いないことによる測定器の低物質化
2. 電極に適度の抵抗値を持たせることによる、MPGD の動作の安定化
3. 金属のエッチング工程を省くことによる製造の簡素化
などを目指したもので、従来の MPGD の性能・製法を改善する可能性を秘めている。会議 では試作された導電性電極による MPGD 開発の状況やその性能評価結果などが示された。
下図は、導電性ポリイミドを電極とした新型 GEM フォイルの性能評価の結果について KEK・宇野氏報告からの抜粋であり、従来の銅箔 GEM より高いゲインを安定的に得られ る可能性があること（左図）、X 線エネルギー測定の分解能など全く遜色が無い（右図）こ とが示されている。

 開発室が力を注いでいる先端的放射線計測器の一つに、SOI ピクセルセンサーがある。 Silicon-On-Insulator と呼ばれる高機能半導体技術を活用して、放射光向けの高精度 X 線イ メージング装置から素粒子実験向け高機能崩壊点検出装置まで様々な次世代実験装置への 応用が検討されている。昨年度までの原理実証の成功を受けて、今年度はいよいよ本格的 な実用システムとしての開発評価が始まっている。

　X 線イメージング装置としての性能評価のポイントの一つが「高精細」という点であり、 SOI ピクセルセンサーの開発方向の一つ流れが、より微細なピクセルの実現を目指すもの となっている。昨年度設計・試作・投入されたピクセルセンサーチップ（DPIX）では、２ 256x256 pixels と未だ小径ではあるものの、これまでで最小の 14μ角のピクセルサイズを 実現した。図１は微細加工で作られたマ イクロマスクの X 線画像をこのチップ でイメージングしたものである。さすが に 7μ幅は苦しいものの 10μまでのパ ターンをきちんと画像化することが確 認できた。これは CERN・LHC 実験か らのスピンオフで開発された最新の X 線イメージ装置の５倍以上の高精度で ある。今年度新たに試作される予定のチ ップでは、さらに小さい 8μ角の実現を 目指している。

様子見であった素粒子実験に対する 応用の検討もここに来て本格的に始ま ってきた。ここでは、微細化もさること ながら、速いデータ収集を行うための高機能化が求められており、最新の LSI 回路をセン サーの中に完全に組み込める SOI 技術の真骨頂が発揮できる応用でもある。

震災によって遅れていた光検出器評価用の可変波長レーザースポット光源装置が本格運 用を開始した（２０１０年１１月の報告参照）。この装置では400-1100nm から選択した波 長のマイクロスポット光（スポッ トサイズ1m、パルス長5nsec） を各種光センサーの表面に結像で きる。図１は地震後の再調整によ って確認された発生波長スペクト ルである。この装置を使っての最 初の研究課題は、PPD（Pixelated Photon Detector, MPPC やSiPM などとも呼ばれるガイガーモード APD マルチピクセルアレイによる 光子計数器）の検出効率（PDE、 Photon Detection Efficiency）の波 長依存。これまでの研究で通常の光電流による評価では、クロストーク等の特有の現象に 起因するごさが無視できないことが分かっており、単一光子による厳密な評価が待たれて いる。この装置を使うことで、モノクロメータでは容易でない分光測定が簡単に行えるも のと期待されている。またマイクロスポットによる空間的な選択性が、測定器開発室で研 究中の様々なセンサー（PPD、SOI ピクセル、FPIX、QPIX など）の構造に依存した特性 を計測する有効なツールとなるもの と考えられる。図２は先ごろフラン ス・リヨンで行われた国際会議での発 表（K. Yoshimura and I. Nakamura, NDIP2011）より、スペクトルのライ ン幅とビームスポットを示すスライ ドの抜粋である。 本装置は南実験準備棟108 号室に 設置されており、その利用を今後広く 公開するべく準備中である。

図 １光源から取り出せる光のスペクトル。400nmから1100nm
の近赤外までの波長域を利用できる。

図 ２ NDIP2011 発表スライドより

開発室では、昨年度新たに提案された２相式CO2 冷却システム開発プロジェクトについての検討を行うため、液体TPC 開発棟の一角で試験研究を始めている。開発研究を目指しているのはLC-TPC、LC-VTX、BelleII-VTX など将来の実験で効率的な冷却システムを実現したいグループと素核研・低温グループからなる合同チームである。昨今測定器システムの高度化にともない、安全で効率の高い冷却はますます重要になっており、次代のシステムを設計する上で無視することの出来ない技術要素として位置づけられるようになってきた。 

昨年度末から始められた評価研究 では、まず圧縮機などの能動機能を持たない開放系システムで、基本的なシステムの振る舞いを確認するこ とからスタートしている。図１にシステムの構成を示す。市販の液化炭酸ガスボトルから液化ガスを細管を経て熱負荷のある熱交換システムに送出し配管内に液相／気相の２相状態を作り出す事で、熱交換システム内を圧力のみで決まる定温度に固定することができる。本格的な試験は、震災後の電力復帰が実現した４月２２日から始められ、様々なシステムパラメータの測定が進行中である。右図のプロットはヒーターによる熱負荷に対する反応を確認する運転状況を記録したもので、１０L／分のCO2循環で７０W程度の冷却が可能であることを示している。２相状態がくずれた最下流から急激な温度上昇が見られており、制御方法の検討の重要性など今後の課題が明らかとなった。

図 1　開放系システムの試験運転の一例。１０L 毎分の
循環で７０W以上の負荷を保持できることがわかった

図 2 開放型CO2 冷却試験装置の構成。左の液化炭酸ガスが右側の熱負荷冷却し温度を安定化する

図 1 液体キセノン・シンチレーション光 の精製運転による増加と飽和

図 2 液体アルゴン中のドリフト時間と信号減衰 の関係

○　「SOI 技術を用いた新しいピクセルセンサー開発の最近の進展」　高輝度光子ビーム源開発室ニュースVol.6　P１－P６　（2011.03.25） 
「Silicon-On-Insulator (SOI) 技術を用いたピクセルセンサー開発」プロジェクトで研究中の、積分型SOI イメージセンサーの最新情報を掲載しています。

レビューは、２月２８日から ３月１日の２日間、名古屋大学 の田島宏康教授を委員長として、 米国NASA ／ MIT のMark Bautz教授、フランスIN2P3の Marc Winter教授、ドイツMPI のHans-Günther Moser教授、金 沢工業大学の井田次郎教授そし て茨城県量子ビームセンターの 大橋裕二コーディネータの総勢 ６名の国際的プロフェッショナ ルに委員を委嘱して開催された。

写真左：レビュー委員とそれを囲むSOIピクセル開 発チーム：前列左２番目より、プロジェクトリーダーの新井氏、その左にMoser、大橋、 Winter、井田、Bautzの各委員が続く。後方ひときわ背の高いのが委員長の田島氏）

　初日冒頭にはまず、プロジェクトリーダーの新井康夫KEK教授からオーバービュ ーが報告され、次世代半導体技術であるSOIを使った全く新しいタイプのピクセル検出 器が、５年の開発期間を経ていよいよデバイスとして実用されるのも間近であることが 強く印象づけられた。その後コラボレ ーション参画機関（OKIセミコンダク ター、KEK、JASRI、FNAL、京都大 学、筑波大学、東北大学、JAXA）の開 発チームから各地での状況が報告され、 幅広い分野で精力的な開発研究が進め られていることがしめされた。 

　素粒子原子核分野への応用は、まず崩 壊点測定のためのピクセル検出器であると 想定される。そのためにはLHCで開発され てきたハイブリッド型ピクセルセンサーを 超える機能をmonolithic sensorの長所を最 大限に活かす薄さで実現せねばならない。 今回のレビューではKEK―東北大学の連携 事業に基づく開発研究の一環として、東北大学電子光理学研究センター（旧核理研）の 電子ビームを用いたビームテストの結果が初めて報告された。

　Review のまとめとして行われた委員 長のサマリーでは、「KEK・SOI開発プロ ジェクトは新たな放射線検出器技術の確 立において目覚ましい成果を上げた。」と の賛辞をいただいた。各委員共にKEKにおけるこの進展に強い印象を持たれ、今後各 地で関係分野の研究者に早速この情報を伝えたいとのコメントであった。

レビューの正式な報告書は４月早々に公開される予定である。