Development of fine pitch pixel readout gas TPC detector for direction-sensitive dark matter search

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本研究では、方向に感度をもつ暗黒物質探索のためのピクセル読み出し型ガスTPCを開発することを目的としている。本来の計画である既存のシリコンピクセル検出器用の読み出しASICの応用から路線変更し、ガスTPC用のASICを新規開発することから該当年度の研究を開始した。ASICの設計開発はKEKのE-Sysグループと協力して実施した。まず仕様の洗い出しと、それを実現する回路設計をKEKグループと入念に打ち合わせをしながら実施した。回路設計とレイアウト設計を終え、7月ごろにASICの製造を開始して10月ごろに完成した。初期バージョンは動作確認のためのプロトタイプという位置付けであったため、ガスTPCには実装せずパッケージングをして動作検証に専念して使用することにした。パッケージングしたASICの動作検証用に、ASICを搭載する専用の読み出し基板と、それを制御するFPGA搭載基板を用意する必要があった。ASIC搭載基板は新規開発を行なった。これもKEKグループと協力して実施し、KEK現地やリモートでの打ち合わせを重ねて開発を行なった。FPGA搭載ボードは、Xilinx社製のSoCであるZYNQを搭載した市販の評価ボードを購入して利用することにした。開発したASIC搭載基板は1月ごろに完成し、外観や電源入力時の漏れ電流値は正常であることを確認した。現在、ZYNQ搭載ボードに実装するファームウェア開発とソフトウェア開発を実施している。ASIC開発を含むピクセル読み出し型ガスTPC開発については、2022年度の日本物理学会で2件報告し、その他国内研究会にて2件報告した。また国際会議で2件、口頭講演を行なった。