ニュートリノ観測可能な大口径「ハイブリッド型光検出器」の開発に成功

発表者

科学技術振興機構
浜松ホトニクス株式会社
東京大学

概要

ＪＳＴ研究成果展開事業先端計測分析技術・機器開発プログラムの一環として、浜松ホトニクス株式会社の久嶋浩之　電子管事業部技術部電子管設計第１グループグループ長と東京大学の相原博昭教授らは、ニュートリノ観測など大型実験施設に用いられる、受光面が直径８インチ（約２０ｃｍ）の大口径ハイブリッド型光検出器（ＨＰＤ）の開発に成功しました。

ニュートリノなどの素粒子は、水と反応したときに発する極微弱な光（チェレンコフ光）をとらえることで観測できます。ニュートリノが水と反応する確率を高めるために巨大な水のタンクを用意し、その壁面を多数の超高感度・高精度の光検出器で埋め尽くすことで、精度良く観測できるようになります。こうした条件を備えた大型水チェレンコフ観測装置の光検出器としては、従来、受光面の大きな光電子増倍管（ＰＭＴ）が用いられていました。しかし光電子増倍管には、光子から変換された電子を増幅するための電極がいくつも組み込まれているため、数１０から数１００点の部品で構成されることから、量産が難しいという課題がありました。近年、電子管の電子増倍部を光半導体素子に置き替えたハイブリッド型光検出器が開発されました。ハイブリッド型光検出器は量産に向く上に高精度の測定が可能という長所がありますが、感度の高い大口径のものを製造するには設計上の課題がありました（現行のものは、口径が約１５ｍｍ）。

今回、開発チームは、わずか６点の部品からなる直径８インチの大口径ハイブリッド型光検出器の開発に成功しました。電子管の光電面と半導体素子間に８キロボルトの高電圧をかけることで、従来から使われてきた同口径の光電子増倍管と比較して、１つの光子の測定精度が、エネルギー分解能で約２倍、時間分解能で１０倍向上しました。

本成果により、１００万トン級の次世代大型水チェレンコフ観測装置用に必要な直径２０インチのハイブリッド型光検出器の量産が可能となります。

本成果は、６月３日から京都で開催される「第２５回ニュートリノ・宇宙物理国際会議」で展示されます。また、２０１３年４月に、浜松ホトニクス株式会社から販売を開始する予定です。

詳細について科学技術振興機構のホームページをご覧ください。