Improvement for sensitivity of muon rare decay search with robust and high-efficient trigger system in the high radiation environment

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茨城県東海村J-PARCにおいて、世界最高強度のミューオンビームを用いたμ稀崩壊探索を行うCOMET実験のためのトリガー機構の開発を行なった。大強度ミューオンビームに起因する高放射線環境においても、高効率で動作が可能なトリガー機構を構築することで、探索感度の向上が期待できる。当該年度は、トリガー機構のフロントエンドとなる電子回路の改良および量産を行った。主に電源部分の安定化の改良を施し、実験で必要なトリガー用の電子回路をほぼ揃えることに成功した。また、最小構成ながら実機とほぼ同等のセットアップを用意し、トリガー機構全体の統合的な動作試験および性能評価を行い、トリガー発行のために要求される性能を満たすことを確認することができた。同時に、FPGAへのファームウェアダウンロードの試験も行い、ダウンロード機構の開発の第一段階に着手した。一方、トリガー決定を行う電子回路のFPGAに実装するアルゴリズムの改良の研究も進んだ。FPGA上での深層学習アルゴリズムによるリアルタイムトリガー決定を実現する手法の評価を開始し、実際にトリガー用フロントエンド電子回路への搭載が実現可能であることを示した。具体的には、hls4mlを用いて、ニューラルネットワークによるヒットパターンのイベント識別をFPGAに搭載し、オンラインで高効率トリガー決定することが可能であるとシミュレーションで確認した。また、簡略化した識別アルゴリズムではあるが、実機の電子回路に搭載されたFPGAにファームウェアをダウンロードし、オンラインでリアルタイムに結果を出力できることを実証した。