Development of KAGRA Cryogenic Mirror Suspension System for Gravitational Wave Astronomy

用于引力波天文学的KAGRA低温镜悬挂系统的开发

• 批准号: 15F15323
• 负责人: 都丸 隆行
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-11-09 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15323/
• 关键词: 重力波; 極低温; サファイア; 接合; 宇宙物理; 宇宙線

本研究は、大型低温重力波望遠鏡KAGRAで用いる極低温サファイア鏡懸架システムを完成させ、KAGRAの実機に搭載することである。具体的には、サファイア鏡にサファイア製の耳をHydroxide-cathalsis bondingという特殊な方法で接合し、ここに両端サファイアブロック付のサファイアファイバーをガリウムで接着、ファイバー上端はサファイア板バネで懸架する、というような準モノリシックなサファイアサスペンションを実現することである。この準モノリシックな系は重力波望遠鏡でもっとも重要な100Hz帯を制限する熱雑音に取って重要であり、これに影響する低機械的散逸と温度（冷却）を防振と共に両立する事が技術的課題となっている。H29年度は、上述のような準モノリシックなサファイアサスペンションを実現した。まず、実験室に置いて上記の構成からなるサファイアサスペンションを実現し、長時間安定に懸架出来る事を確認した。その上でテスト用クライオスタットにインストールし、10K以下の極低温まで冷却を実施、極低温でも問題無く懸架が実現出来る事を証明した。その後、このサファイアサスペンションセットアップ各部に温度計とヒーターを追加し、冷却特性および熱負荷試験を実施した。この結果では、KAGRAで予想される熱負荷1Wに対して、鏡温度30Kが確認された。この値は鏡温度設計値20Kよりもやや高い値であり、今後熱抵抗のさらなる低減を行う必要があるという課題も明らかとなったが、レーザーパワーの大きくない初期段階においては充分と判断された。この結果に基づき、KAGRA実機にサファイアサスペンションを組み込み、統合した低温サスペンションシステムとして完成させた。現在１台については極低温での制御まで実現出来ており、大きな進展が得られた。

This research was completed with the use of the large cryogenic gravitational wave telescope KAGRA using the ultra-low temperature mirror suspension system, and the KAGRA instrument was equipped with the use of the ultra-low temperature gravitational wave telescope. Specific には, サファイアmirror にサファイアのEARをHydroxide-cathalsis bondingというSpecial methodでjoiningし、ここに両ENDサファイアブロック发のサファイアファイバーをガリウムでthen, ファイバーupper end はサファイア Board バネでsuspension する、というようなquasiモノリシックなサファイアサスペンションを実现することである.このモノリシックな system gravitational wave telescope でもっともimportant な100Hz帯をlimitationする热曑音に取ってimportantであり, これにInfluence するLow mechanical dissipation and temperature (cooling) をAnti-vibration と公に両立する事がTechnical issues となっている. In the H29 year, the above-mentioned quasi-モノリシックなサファイアサスペンションを実 is now available.まず, 実験 Room に いて上记の constitute からなるサファイアサスペンションを実appear し, long-term stable suspension comes out る事をconfirmation した.その上でテスト用クライオスタットにインストールし, extremely low price below 10K Temperature and cooling are not implemented, and extremely low temperatures are not a problem, and the suspension is proven.その后、このサファイアサスペンションセットアップThe temperature of each part Calculate the additional cooling characteristics and the thermal load test of the cooling characteristics.このRESULT では、KAGRA でyu want されるheat load 1W に対して、mirror temperature 30K がconfirmation された.この値は Mirror temperature design value 20Kよりもやや高い値であり、In the future, the thermal resistance will be lowered and reduced. The project of というも明らかとなったが, レーザーパワーの大きくないInitial stage においては sufficient and judgment された.このRESULTSにbasedづき、KAGRA実机にサファイアサスペンションをThe combination of the low-temperature system and the integration of the system are completed. Now one of the ultra-low-temperature control systems has appeared, and the large one has been developed.

项目成果

University of Glasgow(英国)

格拉斯哥大学（英国）

Large scale cryogenic gravitational wave telescope: KAGRA detector

大型低温引力波望远镜：KAGRA探测器

• 发表时间: 2015
• 作者: Rahul KUMAR;T. Tomaru et al;Jieon Kim;Rahul Kumar;Rahul Kumar on the behalf of KAGRA
• 通讯作者: Rahul Kumar on the behalf of KAGRA

KAGRA低温鏡懸架装置の性能評価

KAGRA低温镜悬挂系统性能评估

• 发表时间: 2017
• 作者: 宮本昂拓;萩原綾子;長谷川邦彦;井上優貴;梶田隆章;苔山圭以子;鈴木敏一;寺島真一;都丸隆行;上田綾子;牛場崇文;山元一広;山本尚弘
• 通讯作者: 山本尚弘

KAGRAにおける極低温鏡懸架システム

KAGRA 的低温镜悬挂系统

• 发表时间: 2017
• 期刊: 日本機械学会誌
• 作者: Jieon Kim;都丸隆行
• 通讯作者: 都丸隆行

Overview of cryogenic payload

低温有效载荷概述

• 发表时间: 2017
• 作者: Takafumi Ushiba;Takayuki Tomaru et al.
• 通讯作者: Takayuki Tomaru et al.