波形解析による粒子識別法を適用した大立体角シリコン反跳粒子測定器系の開発

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シリコン検出器に接続された前置増幅器からの波形を解析することによって、入射粒子の識別が可能である。これまでその手法により実証されてきた識別可能な荷電粒子の種類、ならびにエネルギー領域を拡げることによって、軽い低エネルギーの反跳粒子の識別を行うことを目的として研究を行った。テスト実験結果より、ヘリウムの同位体に関しては、5MeV近傍までの^3Heと^4Heを、原子番号1と2の粒子に関しては2MeV付近までが識別可能であることが示された。次に、解析に用いたアルゴリズムをもとに、実装可能な回路の製作を行った。回路は大きく3つの部分に分けることができる。最初の部分では、後段の処理に適した波高にするための増幅をにない、続く部分は、増幅された波形をデジタル化するためのサンプリングADCからなる。サンプリングレートとビット数は、それぞれ100MHz、14bitである。最終段には、サンプリングADCからの出力に対して、パイプライン処理による波形解析を行うためのFPGAが組み込まれている。反跳粒子の測定を行う実験では、粒子識別情報以外にも、入射粒子のエネルギーと到達時間情報をFPGAの出力結果から取り出す必要があるので、それぞれの目的にあわせた解析プログラムが働くようになっている。回路製作の一方で、テストの結果を考慮し、目的にあったシリコン検出器の選定、ならびに波形シミュレーションプログラムの改良をおこなった。これらを組み合わせることによって、波形解析による粒子識別法を実装したシリコン反跳粒子測定器系を構築することができた。