ＫＡＧＲＡ極低温懸架系の高性能化による低周波帯域世界最高感度の実現

通过提高KAGRA低温悬浮系统的性能，实现低频段世界最高灵敏度

• 批准号: 18J21707
• 负责人: 山田 智宏
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21707/
• 关键词: 低振動伝導冷却; 重力波干渉計; 重力波; 低温; 極低温

レーザー干渉計型重力波検出器は数100Hz帯域に高い感度をもつ。この帯域は鏡やその懸架システムの熱雑音が制限しているが、大型低温重力波望遠鏡KAGRAでは鏡を20Kという極低温まで冷却することで、数10Hzから数100Hzまで高感度を実現することができる。極低温を達成するためには熱伝導を効率的に用いた冷却を行う必要がある一方で、この伝導冷却のためのヒートリンクが振動導入源となりKAGRAの低周波感度を悪化させるという課題があった。そこで、本研究ではヒートリンクを防振する機構を開発し低振動な伝導冷却の実現を試みた。ヒートリンク防振機構は3段の防振装置で、各段が引張バネで接続されている。本年度はこの防振装置の防振性能を、実際の使用環境に近い極低温・高真空条件下で測定した。防振性能測定は装置の各段を加振し機械的な伝達関数を測定することで実施した。加振にはコイルとマグネットを用いたアクチュエータを製作し極低温・高真空下でも動作可能とした。変位はレーザー速長計をクライオスタット外部から入射させ非接触で測定した。また、液体窒素を補助的に用いつつ機械式冷凍機を用いておよそ16Kまで冷却した。測定した自由度は水平方向と鉛直方向の2自由度であった。測定結果は2自由度ともに低周波帯は概ね設計通りであったが、高周波帯では実際の非対称性などに起因する他自由度とのカップリングにより防振性能が悪化している箇所が見られた。また鉛直方向ではバネの固有振動であるサージング現象により大幅に防振性能が悪化している箇所が見られたが、今回問題になっている周波数帯ではないためさほど大きな影響はなかった。本研究によりヒートリンク経由の振動を低減させることができ、特に質量ギャップ帯のブラックホール同士の合体に伴う重力波観測において検出可能数の大幅な向上に貢献できた。

The gravity wave detector has a high sensitivity in the 100Hz band. The thermal noise of the suspension system of the mirror in this domain is limited. The large cryogenic gravity wave telescope KAGRA has a mirror with a temperature of 20K and a temperature of 10Hz and a temperature of 100Hz. Low frequency sensitivity of KAGRA In this paper, we try to realize the low vibration and conduction cooling of vibration proof mechanism. The anti-vibration mechanism consists of three sections of anti-vibration devices, and each section is connected to the other. This year, the anti-vibration performance of the anti-vibration device was measured in the near medium temperature and high vacuum conditions. Measurement of vibration resistance of the device and measurement of mechanical vibration resistance of the device The vibration is caused by the temperature and vacuum. The position of the speedometer is different from that of the external one. The liquid refrigerant is cooled at 16K by mechanical refrigerator. Measure the degree of freedom in the horizontal direction and the degree of freedom in the vertical direction The measurement results show that two degrees of freedom and two degrees of freedom in the low frequency band can be used to reduce the vibration resistance of the low frequency band. The vertical direction of the vibration is the natural vibration of the vibration, the vibration isolation performance is greatly improved, and the frequency of the vibration is greatly affected. In this study, the number of possible upward contributions was detected in the measurement of gravity waves.

项目成果

High Performance Heat Conductor with Small Spring Constant for Cryogenic Applications

适用于低温应用的具有小弹簧常数的高性能热导体

• 发表时间: 2020
• 期刊: arXiv
• 作者: Tomohiro Yamada;Takayuki Tomaru;Toshikazu Suzuki;Takafumi Ushiba;Nobuhiro Kimura;Suguru Takada;Yuki Inoue;Takaaki Kajita
• 通讯作者: Takaaki Kajita

KAGRA 極低温鏡懸架システムにおける制御雑音の評価

KAGRA低温镜悬挂系统控制噪声评估

• 发表时间: 2020
• 作者: Tomohiro Yamada;Takayuki Tomaru;Toshikazu Suzuki;Takafumi Ushiba;Nobuhiro Kimura;Suguru Takada;Yuki Inoue;Takaaki Kajita;山田 智宏;Tomohiro Yamada;山田 智宏
• 通讯作者: 山田 智宏

High performance thermal link with small spring constant for cryogenic applications

具有小弹簧常数的高性能热熔断体，适用于低温应用

• DOI: 10.1016/j.cryogenics.2021.103280
• 发表时间: 2021
• 期刊: Cryogenics
• 影响因子: 2.1
• 作者: Yamada Tomohiro;Tomaru Takayuki;Suzuki Toshikazu;Ushiba Takafumi;Kimura Nobuhiro;Takada Suguru;Inoue Yuki;Kajita Takaaki
• 通讯作者: Kajita Takaaki

KAGRA極低温鏡懸架システムの低振動伝導冷却

KAGRA 低温镜悬挂系统的低振动传导冷却

• 发表时间: 2021
• 作者: Tomohiro Yamada;Takayuki Tomaru;Toshikazu Suzuki;Takafumi Ushiba;Nobuhiro Kimura;Suguru Takada;Yuki Inoue;Takaaki Kajita;山田 智宏
• 通讯作者: 山田 智宏

KAGRAにおける極低温鏡懸架システムの制御

KAGRA 低温镜悬挂系统的控制

• 发表时间: 2019
• 作者: 山田智宏;牛場崇文;奥富弘基;藤井善範;榎本雄太郎;中野雅之;都丸隆行;鈴木敏一;梶田隆章
• 通讯作者: 梶田隆章