Performance upgrade of the background identification in the experiment of the muon rare decay search

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2021年度では、ミュー粒子ビームモニタ検出器の仕様を決定するための種々の調査を主に行い、並行して基盤技術であるSiC半導体センサーの性能について評価を進めた。検出器の大きさ、SiCセンサーのサイズや数、SiCセンサーからの信号処理の方法など、基本的な仕様をシミュレーションを用いて設計を進めた。シミュレーションでは、J-PARCからの陽子ビームをCOMET実験装置に入射し、二次ミュー粒子ビームを生成し、ビームの性質についての情報を得る。得られたミュー粒子ビームに対し、本検出器によって得られる信号および本検出器によって引き起こされる実験全体への影響を評価した。本検出器で得られる信号量はビーム強度、ビームエネルギー、ビームの時間構造などに依存し、これらの情報を集約して検出器の信号量として抽出した。二次ビームにはミュー粒子以外の粒子も含まれており、それらとの切り分け方法を検討し、粒子毎の到達時間差を利用することで、実現することを決定した。SiC半導体センサーそのものの評価としては、１チャンネルの試作機を制作し、それを用いて実験を行った。密封線源によるベータ線照射を用いて、信号波形、信号ゲイン、印加電圧特性などを調査し、J-PARCにおいてパイ粒子ビーム照射による測定も行った。それにより、荷電粒子入射によって得られるSiC半導体の信号量は本研究の目的として十分であることを確認した。SiCセンサーからの信号の読み出しとして、フロントエンド回路の設計・制作を行った。ビームモニタ検出器が設置される場所はビームに非常に近いため、十分な放射線耐性を持つ必要がある。本研究では、十分な放射線耐性を持つと期待されるASIC（特定用途集積回路）をベースとした回路を制作する。ASIC試作機の設計および制作を行い、そのための評価基板の制作を行った。